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Verfahren und Einrichtungen zur Umwandlung von Gefällen.
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spiegel unter den Oberwasserspiegel abgesenkt war und ist, wie erwähnt, gleich der doppelten auf den Oberwasserspiegel bezogenen Spiegelabsenkung. Durch diesen Schwingungsweg HI ist'die während der Schwingung in den Schacht eingetretene Wassermenge, die als primäre Füllwassermenge V1 bezeichnet werden soll, gegeben und kann daher die Länge HI auch die Füllung des Transformators genannt werden.
Die Absenkung zu Beginn der Schwingung darf einen gewissen Wert nicht unterschreiten, damit am Ende der Schwingung der Schachtspiegel, wie in der Figur angegeben, sich über dem Niveau des Hoch- behälterspiegels OWs einstellt. Werden nun, nachdem die primären Einlassorgane 4 am Ende der Schwingung zugegangen sind, die Abschlussorgane 8 geöffnet, so tritt infolge der Niveaudifferenz, die zwischen dem Schachtspiegel in der Stellung 8"und dem Behälterspiegel OWs besteht, im Sinne des eingezeichneten Pfeiles II eine zweite Wasserschwingung ein, bei deren Beendigung-verlustlose Schwingung wieder vorausgesetzt-der Schachtspiegel sich in die zum Behälterspiegel OWs symmetrische Stellung Sm absenkt, aber noch über dem Niveau des Unterwasserspiegels UW bleibt.
Auch jetzt müssen wieder zu Ende der Schwingung die Abschlussorgane 8 geschlossen werden, um eine Rückschwingung zu vermeiden. Durch diese zweite Schwingung ist ein Teil der bei der ersten Schwingung in den Schacht gelangten Wassermenge aus dem Schacht in den Hochbehälter ausgetreten.
Diese Wassermenge, die als sekundäre Wassermenge VII bezeichnet werden soll, ist durch den während der zweiten Schwingung zurückgelegten Spiegelweg Hi, gegeben. Öffnet man nun die Abschlussorgane 5, so tritt infolge der Niveaudifferenz, die zwischen dem Sehachtspiegel in der Stellung Sill und dem Unterwasserspiegel UW besteht, im Sinne des eingezeichneten Pfeils III eine dritte Schwingung ein, bei deren Beendigung-verlustlose Schwingung wieder vorausgesetzt-der Schaehtspiegel in die zum Unterwasserspiegel symmetrische Stellung Sim gelangt. Auch jetzt müssen wieder, um eine Rückschwingung zu verhindetn, zu Ende der Schwingung, die nun die dritte Schwingung ist, die Anlassorgane 5 geschlossen werden.
Damit behufs Erzielung eines kontinuierlichen Betriebes diese vorstehend beschriebenen drei Schwingungen eine beliebig oft wiederholbare Transformationsperiode bilden, muss am Ende einer jeden Periode im Schacht wieder derselbe Zustand hergestellt sein, wie er zu Beginn derselben vorhanden war, d. h. es muss die Endspiegelstellung Gim mit der Anfangsspiegelstellung S'zusammenfallen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn zu Beginn der ersten Schwingung die auf den Oberwasserspiegel Otfp bezogene Spiegelabsenkung einen ganz bestimmten Wert gehabt hat, u. zw. in ihrer Grösse gleich dem Sekundägef. ille Hs ist. Durch dieses letztere ist somit der Schwingungsweg HI bzw. bei einem bestimmten Schachtquerschnitt die primäre Füllwassermenge V, pro Periode vollständig bestimmt.
Während der dritten Schwingung tritt der nach der zweiten Schwingung übriggebliebene und durch die Spiegelstellungen S' und jS" gegebene und durch die Länge HUI IL dargestellte Rest der primären Füllwassermenge aus dem Schacht ins Unterwasser aus.
Wird der durchgehends gleiche Schachtquerschnitt mit Fs und das spezifische Gewicht des Wassers mit y bezeichnet, so ist während einer Umwandlungsperiode die Wassermenge VI-V=Fs (HI-RI) vom primären Obelwasser ins Unterwasser gelangt und hat dabei diese Wassermenge die primäre Arbeit = y (Vz-VIj) Hp geleistet ; diese Arbeit ist aber dazu aufgewendet worden, um die sekundäre Wassermenge V = FaHII vom primären Oberwasser in den Hoehbehälter 7 zu schaffen bzw. auf die Höhe Hs-Hp zu heben. Diese sekundäre Arbeit All = :VI (Hs-Rp) ist somit das Äquivalent der plimären Arbeit AI, wenn von den während der Schwingungen auftretenden Energleverlusten abgesehen wird.
Durch Gleichsetzung beider Arbeiten und entsprechende Umformung ergibt sieh die Umwandlungsgleichung V1Hp = VIIHs, welche besagt, dass bei dem erfindungsgemä. ssen Umwandlungs- verfahren ein kleines Gefälle in Verbindung mit einer grossen Wassermenge umgewandelt werden kann in ein grosses Gefälle mit einer entsprechend kleinen Wassermenge.
Während somit früher die an das kleine Gefälle angeschlossenen Turbinen eine grosse Wassermenge verarbeiten mussten, um eine bestimmte Leistung zu erzielen und dies-wenn es überhaupt technisch möglich war-nur mit grossen und teuren Maschinen in meist unwirtschaftlicher Weise durchgeführt werden konnte, wird auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens dieselbe Energie in der Weise ausgebaut, dass das kleine Gefälle durch Transformation in ein grösseres umgewandelt wird, die Turbinen an dieses grössere Gefälle angeschlossen werden und dadurch eine kleine Wassermenge zu verarbeiten haben, wodurch die schon eingangs erwähnten Vorteile erreicht werden.
Diese erfindungsgemässe Energie- bzw. Gefällsumwandlung bietet bei Wasserkraftanlagen aber noch den weiteren Vorteil, dass das Sekundärgefälle Ils, an welches die Turbinen angeschlossen werden,
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und können immer mit derselben vorteilhaftesten Umdrehungszahl laufen, Beim Konstanthalten des Sekundägefälles bleibt, wie aus der früheren Betrachtung hervorgeht, die primäre Füllwassermenge Vj dieselbe. Mit der Änderung des P. rimärgefälles ändert sich bloss die Sekundärwassernenge VII, da, wie eine einfache Überlegung zeigt, der die Sekund'rwassermenge darstellende Schwingungsweg HII in seiner Grösse immer gleich dem doppelten Primärgefille ist.
Ferner bietet das Vorhandensein des Hochbehälters auch den Vorteil, dass, wenn primär nicht mehr genug Wasser vorhanden wäre, er vermöge seiner Kapazität imstande ist, vorübergehende Belastungsspitzen zu decken. Ausserdem kann bei bestehenden Wasserkrafta ilagen, deren Energiezufluss oder deren Belastung in bedeutendem Masse
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dass zur Zeit des grösseren Energiezuflusses oder der kleineren Belastung das überschüssige Wasser auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens von einem oder mehreren Hydrotransformatoren verarbeitet und das Sekundärwasser in einem hiezu vorgesehenen Hochbehälter aufgespeichert wird, um dann zur Zeit geringeren Energiezuflusses oder grösserer Belastung durch eigene,
von diesem Hochbehälter aus gespeiste Zusatzturbinen verarbeitet zu werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann überhaupt
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Das neue Verfahren lässt sich aber auch in der Weise durchführen, dass ein gegebenes (primäres) Gefalle Hp verkleinert wird, bzw. dass vermittels des gegebenen Gefälles Wasser zum Teil vom Oberwasser OWp, zum Teil vom Unterwasser UW auf eine kleinere Höhe Hs, als dem Primärgefälle Hp entspricht, gebracht bzw. auf ein zwischen Ober-und Unterwasser befindliches Niveau OWsgeschafft wird ; die hiezugehörige Einrichtung, die im Gegensatz zum früheren Auftransformator als Abtransformator bezeichnet werden soll, ist aus der schematischen Fig. 2 zu ersehen und haben die daselbst vorkommenden Bezeichnungen die gleiche Bedeutung wie früher.
Diese im Sinne einer Verkleinerung des gegebenen Gefälles durchzufühlende Umwandlung erfolgt so wie früher durch drei Schwingungen und es gehen dieselben, wenn von den hiebei auftretenden Energieverlusten abgesehen wird, in nachstehender Weise vor sich : Das Wasser tritt vom Unterwasser in den Schacht 1, in welchem der Schachtspiegel gerade entsprechend tief unter dem Unterwasserniveau UW in der Stellung S'sich befindet, in Form einer Schwingung ein. Bei Beendigung derselben gelangt der Schachtspiegel in die zum Unterwasserspiegel symmetrische Stellung < S, die noch unterhalb des prima.'en Oberwasserniveaus OlVp sich befindet.
Hierauf tritt eine entsprechende Wassermenge (Mmärwassermenge) vom primären Oberwasser in den Schacht in Form einer zweiten Schwingung ein, bei deren Beendigung der Schachtspiegel in die zum primären Oberwasserspiegel (Wp symmetrische Stellung gelangt. Zum Schluss tritt die Summe der während der beiden ersten Schwingungen in den Schacht gelangten Wassermengen in Form einer dritten Schwingung in den mit 7 bezeichneten Sekund'rbehllter aus und wird dabei diese Wassermenge OWs (Sekundärwassermenge) auf das zwischen Ober- und Unterwasserspiegel befindliehe Niveau
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unterschied, der zwischen den auf den beiden vorhin genannten Spiegeln wirkenden Drücken besteht, bedingt.
Bezeichnet man die Summe aus der auf irgendeine gemeinsame horizontale Bezugsebene bezogenen Höhenlage eines Wasserspiegels und der auf demselben lastendenDruckhöhe als denLagendruek des Wasserspiegels, so tritt in dem vorstehend betrachteten Falle die Schwingung infolge des Lagendruckunterschiedes, der zwischen dem primären Oberwasserspiegel OWp und dem Schachtspiegel in der Stellung S'besteht, auf.
Es ist auch leicht zu ersehen, dass die Differenz der Lagendrücke auch dann noch einen positiven Wert haben bzw. eine Schwingung im Sinne des eingezeichneten Pfeiles 1 hervorrufen kann, wenn zu Beginn der Schwingung der Schachtspiegel auch oberhalb des Niveaus des primären Oberwasserspiegels OWp steht, in welchem Falle aber dann der zugehörige Unterdruck zu Beginn der Schwingung einen entsprechend kleineren Wert haben muss. Während der Eintrittsschwingung wird nun, da das Luftventil geschlossen ist, die über dem emporschwingenden Wasserspiegel befindliche Luft zusammengedrückt, wodurch der Unterdruck im Schacht zunächst allmählich abnimmt, bis bei Erreichung des atmosphärischen Druckes das Luftventil aufgeht ; der noch übrige Teil der Schwingung geht dann bei atmosphärischem Druck vor sich.
Es folgen hierauf die zweite und die dritte Schwingung.
Das Luftventil geht hiebei erst dann wieder zu, wenn im Schacht wieder dieselbe Spiegelstellung erreicht ist, bei welcher bei der ersten Schwingung das Luftventil aufgegangen ist. Dieses Zugehen kann entweder während der zweiten oder der dritten, Schwingung erfolgen. So lange das Ventil offen ist, spielt sich der Schwingungsvorgang bei atmosphärischem Druck ab und erst nach erfolgtem Zugehen ist der Schwingungvorgang mit einer Ausdehnung der über dem sich absenkenden Schachtspiegel befindlichen Luft verbunden. Am Ende der dritten Schwingung, d. i. nach Ablauf einer Umwandlungsperiode, stellen sich im Schacht wieder dieselben Verhältnisse, wie sie zu Beginn der ersten Schwingung vorhanden waren, ein, so dass sofort die nächste Periode beginnen kann.
Natürlich kann bei gegebenem Hp und verlangtem Es die Transformation auch so vor sich gehen, dass während der ersten Schwingung der atmosphärische Druck erst bei der Spiegelstellung erreicht wird, mit welcher die dritte Schwingung beginnt. In diesem Falle findet der Rest der ersten Schwingung sowie die ganze zweite Schwingung bei atmosphärischem Druck, d. h. bei offenem Luftventil, statt und nur die dritte Schwingung, bei deren Beginn das Luftventil zugehen muss, geht dann mit einer Ausdehnung der eingeschlossenen Luft bzw. mit Unterdruck vor sich.
Durch Änderung des Unterdruckes zu Beginn der ersten Schwingung und der hiezugehörigen Anfangs- spiegelstellung ändert sich bei gegebenem Primär-und Sekundärgefälle sowohl die primäre Fiillwasser- menge als auch die Sekundärwassermenge, wodurch im Gegensatz zu früher eine Regelbarkeit des Transformators erzielt ist bzw. ein Arbeiten mit beliebig änderbaren Teilfüllungen ermöglicht wird.
Ausserdem bietet der Umstand, dass man jetzt mit höheren Anfangsspiegelstellungen als es die äusseren Spiegellagen sonst erfordern würden, arbeiten kann, den weiteren Vorteil, dass man mit weniger tiefen und in der Herstellung daher billigeren Transformatoren auskommt.
Dieses Umwandlungsverfahren, bei welchem ein Unterdruck zur Anwendung kommt, kann in sinngemässer Weise auch durchgeführt werden, wenn es sich um die Verkleinerung eines gegebenen Gefälles handelt. Was die erfindungsgemässe Anwendung des Überdruckes anbelangt, wodurch gleichfalls eine Regelbarkeit des Transformators bzw. ein Arbeiten mit beliebig änderbaren Teilfüllungen erzielt wird, so soll dies auch nur wieder für den Fall eines Auftransformators an Hand der schematischen Fig. 4 beschrieben werden. Der Transformatorschacht 1 ist wieder oben geschlossen und mit einem Luftventil 10 versehen.
Die erste Schwingung beginnt bei geöffnetem Luftventil, d. h. mit dem normalen atmosphärischen Druck und mit einer bestimmten Spiegelabsenkung (Stellung S'). Während der Schwingung wird das Luftventil im geeigneten Moment geschlossen, worauf das im Schacht weiter emporschwingende Wasser die darüber befindliche und jetzt eingeschlossene Luft so lange zusammendrückt, bis es in der Spiegelstellung S zur Ruhe gekommen ist. Das Luftventil, welches gegebenenfalls auch schon zu Beginn der Eintrittsschwingung geschlossen werden kann, bleibt, nachdem es zugegangen ist, geschlossen und wird erst dann wieder geöffnet, wenn während des weiteren Verlaufes der Transformationsperiode der Schachtspiegel wieder jene Stellung erreicht hat, bei welcher während der ersten Schwingung das Luftventil zugegangen ist.
Nach erfolgtem Aufgehen des Lnftventils - was während der zweiten oder der dritten Schwingung der Fall sein kann-geht der restliche Teil der Transformationsperiode wieder bei atmosphärischem Druck vor sich. Auch hier lässt sich wieder erreichen, dass am Ende der dritten Schwingung, also am Ende einer Transformationsperiode, im Schacht wieder derselbe Zustand, d. h. atmosphärischer Druck und dieselbe Spiegelstellung wie zu Beginn der ersten Schwin- gung, sich einstellt.
In ähnlicher Weise wird die vorstehend beschriebene Umwandlung unter Anwendung eines Überdruckes durchgeführt, wenn es sich um die Verkleinerung eines gegebenen Gefälles handelt. Erfindunggemäss kann auch eine Kombination von Unter-und Überdruck zur Anwendung gelangen, in der Weise, dass die erste Schwingung mit einem Unterdruck beginnt und mit einem Überdruck endigt.
Bei Erreichung des atmosphärischen Druckes geht das Luftventil auf und bleibt dann entweder nur einen Moment oder längere Zeit offen, muss aber noch vor Beendigung der Schwingung geschlossen werden.
Im geschlossenen Zustand bleibt es solange, bis während der zweiten oder dritten Schwingung wieder jene Spiegelstellung erreicht ist, bei welcher es während der ersten Schwingung zugegangen ist und
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bleibt dann so lange offen, bis jene Spiegelstellung erreicht ist, bei welcher es während der ersten Schwingung aufgegangen ist.
Das bisher durchgeführte Umwandlungsverfahren mit seinen Abarten erfolgte durch drei Schwingungen und soll der hiezugehörige Transformator als Dreitakttransformator bezeichnet werden.
Es lässt sich aber das Transformationsverfahren erfindungsgemäss auch durch zwei Schwingungen vollführen und hat dies den grossen Vorteil, dass wegen der hiedurch ermöglichten Verkürzung der Periodendauer die Leistungsfähigkeit des Transformators, der jetzt im Gegensatz zu früher als Zweitakttransformator bezeichnet werden soll, wesentlich gesteigert wird. Dieses, auf dem Zweischwingungsprinzip beruhende Verfahren sowie der hiezugehörige Zweitakttransformator soll wieder nur für den Fall der t Gefällsvergrosserung an Hand der schematischen Fig. 5-7 erläutert werden und haben die daselbst vorkommenden Bezeichnungen dieselbe Bedeutung wie früher. Die erste davon enthält in schematischer Darstellung einen solchen Transformator, bei dem aber noch kein Unter-oder Überdruck zur Anwendung gelangt.
Das Wasser tritt vom Oberwasser in den oben geschlossenen und mit einem Luftventil 10 vorsehenen Schacht 1, in welchem das Wasser gerade entsprechend tief (Stellung 8') unter dem Unterwasser- . niveau steht, bei geöffnetem Luftventil in Form einer durch den Pfeil I angedeuteten Schwingung ein und würde der Schachtspiegel, wenn der Schacht genügend hoch wäre, am Ende der Schwingung in die in der Figur gestrichelt dargestellte Stellung 8" gelangen. In Wirklichkeit kann sich aber die Schwingung in dieser Weise nicht ausbilden, sondern geht im Gegensatz zu früher in folgender Weise vor sich. Das in dem Schacht emporschwingende Wasser veranlasst, wenn es in die Höhe der sekundären Auslassorgane 8 gelangt ist, die Schliessung des Luftventils und öffnet, da es noch in Bewegung ist, die sekundären Auslassorgane unter Überwindung des auf ihnen lastenden Druckes.
Es tritt dann ein entsprechender Teil des Wassers vermöge der ihm noch innewohnenden lebendigen Kraft unter Druck aus dem Schacht in den Hochbehälter 7 aus. Diese sekundäre Ausströmung dauert so lange, bis die Bewegung zur Ruhe gekommen bzw. die Schwingung geendigt hat, worauf die sekundären Auslass-und die primären Einlassorgane zugehen. Das Luftventil geht auf und es tritt der im Schacht übriggebliebene und noch von der ersten Schwingung herrührende Rest des Wassers bei geöffnetem Luftventil in Form einer durch den Pfeil II angedeuteten Schwingung ins Unterwasser aus. Die während des ersten Teiles der Eintrittsschwingung aus dem Schacht verdrängte Luft tritt, nachdem dieselbe das geöffnete Luftventil passiert hat, durch ein in den Sekundärbehälter 7 eingebautes und oben offenes Luftrohr 11 ins Freie aus.
Während beim Dreitakttransfo1'mÅator die Füllung des Hochbehälters in Form einer eigenen Schwingung vor sich ging, erfolgt dieselbe jetzt beim Zweitakttransformator noch während der ersten Schwingung, wodurch infolge des Entfalls einer eigenen Füllschwingung die Periodendauer wesentlich verkürzt und damit die Leistungsfähigkeit des Transformators, wie schon früher erwähnt, gesteigert wird. Damit am Ende einer Transformationsperiode, d. i. hier am Ende der zweiten Schwingung, behufs Erzielung eines kontinuierlichen Betriebes im Schacht dieselbe Spiegelabsenkung wie zu Beginn der ersten Schwingung sich einstellt, muss bei gegebener Höhenlage der sekundären Abschlussorgane die Spiegelabsenkung zu Beginn der ersten Schwingung einen ganz bestimmten Wert haben.
Handelt es sich um einen Abtransformator, so erfolgt die auf dem Zweischwingungsprinzip beruhende Umwandlunginnachstehender Weise. Es tritt Wasser vom Unterwasser in den oben geschlossenen und mit einem Luftventil versehenen Schacht, in welchem gerade das Wasser entsprechend tief unter dem Unterwasserniveau steht, bei geöffnetem Luftventil in Form einer Schwingung ein. Wenn der Schachtspiegel bei Beendigung der Schwingung in seiner oberen Endlage, wo jetzt die primären Einlassorgane angeordnet sein müssen, angelangt ist, wird das Luftventil geschlossen, die primären Einlassund die sekundären Auslassorgane geöffnet. Das Wasser tritt nun in Form einer zweiten Schwingung aus dem Schacht durch den sekundären Auslaufkrümmer aus und wird auf das zwischen Ober-und Unterwasser befindliche Niveau (Sekundärbehälter) gebracht.
Während des ersten Teiles dieser zweiten Schwingung strömt gleichzeitig durch die geöffneten primären Einlassorgane eine entsprechende Wassermenge bei geschlossenem Luftventil vom Oberwasser in den Schacht nach, worauf der Rest der Schwingung, nachdem die primären Einlassorgane geschlossen worden sind, bei geöffnetem Luftventil vor sich geht.
Auch bei diesem in nur zwei Schwingungen vor sich gehenden Transformationsverfahren, bei dem noch kein Unter-oder Überdruck zur Anwendung gelangt, ist die Füllung des Transformators, d. i. die in denselben gelangende grösste und durch die Länge Hr dargestellte primäre Füllwassermenge beim Auftransformator bzw. durch die Länge Hrr dargestellte sekundäre Füllwassermenge beim Abtransformator, im ersteren Falle durch das Sekundär-, im letzteren Falle durch das Primärgefälle vollkommen bestimmt. Es ist daher auch hier bei Nichtanwendung von Unter-oder Überdruck ein Arbeiten mit kleineren Wassermengen bzw. mit Teilfüllungen nicht möglich.
Durch die erfindungsgemässe Anwendung von Unter-oder Überdruck bei dem vorstehend beschriebenen Transformationsverfahren lassen sich aber wieder dieselben Vorteile, wie sie sich hiedurch bei dem auf dem Dreischwingungsprinzip beruhenden Transformationsverfahren ergeben haben, erzielen.
Es soll zunächst die Anwendung des Unterdruckes wieder nur für den Fall einesAuftransformators an Hand der schematischen Fig. 6 erläutert werden. Die erste Schwingung beginnt bei geschlossenem Luftventil-M mit einem im Schacht 1 herrschenden Unterdruck und einer demzufolge höheren Anfanges-
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spiegelstellung S', als es das Sekundärgefälle Hs sonst erfordern würde, und welche unter Umständen auch über dem Oberwasserniveau OWp sich befinden kann. Während der vor sich gehenden Schwingung drückt das in dem Schacht eimporschwingende Wasser die darüber befindliche eingeschlossene Luft zusammen. Ist der atmosphärische Druck erreicht, so geht das Luftventil auf. Dieses bleibt dann so lange offen, bis der Schachtwasserspiegel in die Höhe der sekundären Auslassorgane 8 gelangt ist.
In diesem Moment erfolgt die Schliessung des Luftventils und es geht nun, nachdem das in Bewegung befindliche
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vor sich. Bei Beendigung der Schwingung gehen die sekundären Auslass-und die primären Einlassorgane zu und das Luftventil auf, worauf das von der ersten Schwingung im Schacht übriggebliebene Wasser in Form einer zweiten Schwingung ins Unterwasser austritt. Während dieser geht das Luftventil erst wieder bei Erreichung derjenigen Spiegelstellung zu, bei welcher es während der ersten Schwingung aufgegangen ist und muss dieses Aufgehen spätestens bei Erreichung der sekundären Auslassorgane erfolgen. Hätte sich die Eintrittsschwingung in einem entsprechend hohen Schachte ungehindert ausbilden können, so wäre der Schachtspiegel aus seiner Stellung S'in die in der Fig. 6 gestrichelt dargestellte Stellung S" gelangt.
Der Abstand dieser beiden Spiegellagen bzw. die Länge HI bestimmen aber die primäre Füllwassermenge. Damit nun für einen beliebigen Wert derselben bei gegebenen äusseren Spiegellagen und gegebener Höhenlage der sekundären Auslassorgane nach Beendigung einer Transformations-
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wie zu Beginn der Transformationsperiode, sich einstellen, müssen zu Beginn der ersten Schwingung sowohl Spiegellage als auch Unterdrück ganz bestimmte Weite haben.
Dadurch nun, dass während der zweiten Schwingung das Luftventil verschieden lang offen gehalten wird, erhält man am Ende dieser Schwingung immer eine andere Spiegellage und einen andern hiezu gehörigen Unterdruck, welche zusammen bei der darauf folgenden Eintrittsschwingung immer eine andere Füllung bzw. primäre Fiillwassermenge ergeben, wodurch eine Regelbarkeit des Zweitakt-Unterdrucktransformators gegeben ist.
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zwei Teilen. Der untere Teil, in welchem die Wasserschwingungen vor sich gehen, enthält an seinem oberen Ende die sekundären Auslassorgane 8, durch welche er mit dem sekundären Hochbehälter 7 in Verbindung gebracht werden kann und ein Luftvontil 10, welches im geöffneten Zustand die Verbindung mit dem oberen Teil des Schachtes herstellt.
Dieser obere Teil des Schachtes ist nur mit Luft erfüllt und besitzt an seinem oberen Ende auch ein Luftventil. ?. Die erste Schwingung beginnt mit einer ganz bestimmten Spiegelabsenkung $Stellung S') und bei geöffneten Luftventilen 10 und 12, aber bei geschlossenen sekundären Auslassorganen 8. Während der Schwingung geht das obere Luftventil-M in einem ganz bestimmten Momente zu, was unter Uinständen auch schen zu Beginn der Schwingung dei Fall sein kann.
Vom Momente des Zugehens dieses Luftventils drückt das in dem Schacht emporschwingende Wasser die darüber befindliche eingeschlossene Luft zusammen, bis bei Erreichung der sekundären Auslassorgane das in ihrer Höhe angeordnete Luftventil 10 zugeht. Es tritt hierauf der Transformationsgleichung entsprechend ein Teil (Sekundärwassermenge) des in den Schacht gelangten Wassers (Primärwassermenge) unter Druck in den Hochbehälter aus. Bei beendeter Schwingung gehen die sekundären Auslassorgane von selbst zu und das Luftventil 10 auf, worauf der im Schacht verbleibende Rest in Form einer zweiten Schwingung aus dem Schacht ins Unterwasser austritt.
Während dieser zweiten Schwingung dehnt sich das in dem oberen Teil des Schachtes während der Hochbehälterfüllung eingeschlossen gewesene Luftvolumen bis auf den atmosphärischen Druck wieder aus und wird dieser bei derselben Spiegelstellung wie bei der ersten Schwingung erreicht.
Sinngemäss lässt sich diese Umwandlung auch für die Verkleinerung eines gegebenen Gefälles durchführen.
Es kann auch bei dieser in nur zwei Schwingungen vor sich gehenden Energietransfoimation erfindungsgemäss eine Kombination von Unter- und Überdruck zur Anwendung gelangen und soll diese wieder nur für den Fall eines Auftransformators unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert werden. Während der mit einem Unterdiuek beginnenden ersten Schwingung, nimmt derselbe ab, bis endlich der atmosphärische Druck erreicht ist. In diesem Moment geht das Luftventil12 auf und bleibt dann entweder einen Moment oder längere Zeit offen, muss aber noch vor Erleichung der sekundären Auslassorgane zugehen.
Vom Moment dieses Zugehens findet eine Zusammendrückung der über dem Schachtspiegel befindliehen Luft statt. Wenn derselbe in die Höhe der sekundären Auslassorgane gelangt, so geht das untere Luftventil 10 zu, wodurch die im obern Schachtteil befindliche zusammengedlückte Luft abgeschlossen wird.
Die sekundären Auslassorgane gehen auf und es tritt ein Teil des in den Schacht gelangten Wassers unter
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Schachtteil eingeschlossen und zusammengedrückt gewesene Luft wieder aus bis bei Erreichung des atmosphärischen Druckes das Luftventil. ? aufgeht. Dies erfolgt bei derselben Spiegelstellung wie bei der ersten Schwingung und geht dasselbe auch wieder bei derselben Spiegelstellung zu, bei welcher es
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wählend der ersten Schwingung aufgegangen ist. Vom Moment des Zugehens des Luftventils 12 findet dann eine Ausdehnung der eingeschlossenen Luft statt, bis am Ende der zweiten Schwingung im Schacht wieder dieselbe Spiegellage und derselbe Unterdruck sich einstellen, wie sie zu Beginn der ersten Schwingung im Schacht vorhanden waren.
Sinngemäss lässt sich diese Kombination von Unter-und Überdruck auch bei dem ZweitaktAbtransformator anwenden.
Bei der bisher beschriebenen erfindungsgemässen Gefällsumwandlung und ihren Abänderungmöglichkeiten können an Stelle des freien Ober-undUnterwassers sowie des offenen Sekundärbehälters auch geschlossene Behälter treten, deren Wasserspiegel unter einem anderen Druck als dem atmosphärischen sich befinden und die dann im allgemeinen mit den Abschlussorganen in beliebiger Höhe angeordnet werden können. In Fig. 8 ist beispielsweise ein Dreitakt-Auftransformator schematisch dargestellt, bei dem das Oberwasser durch den geschlossenen Behälter 13 ersetzt ist, in welchem sich das Wasser unter Druck befindet. Dies kann z. B. dadurch bedingt sein, dass der Behälter.
M durch eine Rohrleitung 14 mit einem hochgelegenen Wasserschloss 15 in Verbindung steht und der Behälterdruck, unter dem der Wasserspiegel OWp steht, dann dem zwischen Wasserschloss-und Behälterspiegel vorhandenen Niveauunterschied entspricht. Das Unterwasser ist frei und offen. Der Sekundärbehälter 7 ist wieder geschlossen und befindet sich dessen Oberwasserspiegel OWs auch unter Druck. Das primäre bzw. sekundäre Gefälle ist dann durch den Unterschied der Lagendrüeke gegeben, die zwischen dem primären Oberwasserspiegel 017p und dem Unterwasserspiegel UW bzw. zwischen dem sekundären Oberwasserspiegel OWs und dem Unterwasserspiegel UW besteht.
Das Primärgefälle kann auch dann noch einen positiven Wert besitzen, wenn der primäre OberwasserspiegelOWp sich unter dem Niveau des Unterwasserspiegels UW befindet, wenn nur der auf dem primären Oberwasserspiegel lastende Druck einen entsprechend grossen Wert besitzt. Ferner könnte auch der sekundäre Druckbehälter 7 auf ebener Erde verlegt werden ; nur muss dann, um an dem Sekundärgefälle nichts zu ändern, der Druck in demselben um soviel erhöht bzw. die Druckhöhe um soviel vergrössert werden, als der Behälterspiegel gesenkt wird.
Der sekundäre Druckbehälter, der beim Auftransformator an Stelle des offenen sekundären Hochbehälters, sowie der primäre Druckbehälter, der beim Abtransformator an Stelle des primären offenen Oberwassers tritt, kann auch unterhalb des Transformatorschachtes zwischen Ein-und Auslauf angeordnet werden. Die schematische Fig. 9 zeigt eine derartige Anordnung für den beispielsweisen Fall eines Dreitakt-Auftransformators. Die erste Schwingung beginnt mit der Spiegelstellung S'und einem entsprechenden Unterdruck. Zu Ende der Einströmung erreicht der Schachtspiegel die Stellung .
Nun beginnt die zweite Schwingung ; indem die sekundären Abschlussorgane 8 aufgehen und der durch die Spiegelstellungen < S"und gegebene Teil (Sekundärwassermenge) des in den Schacht eingetretenen Wassers (Primärwassermenge) unter Druck in den zwischen Ein-und Auslauf unterhalb des Schachtes befindlichen Druckbehälter 7 austritt. In dem Moment, wo der Behälterdruck zu überwiegen beginnt, gehen die sekundären Auslassorgane von selbst zu. Nun werden die primären Auslassorgane 5 geöffnet, worauf der durch die Spiegelstellung S undS'gegebene Rest desWassers in Form einer dritten Schwingung ins Unterwasser austritt.
Bei einem Zweitakttransformator müsste im Falle der Gefällsvergrösserung die Füllung des sekundären Druckbehälters während des ersten Teiles der zweiten Schwingung, im Falle der Gefällsverkleinerung die primäre Naehströmung aber während des letzten Teiles der ersten Schwingung erfolgen.
Die bisher beschriebene erfindungsgemässe Gefäl1sumwandlung und ihre Modifikationen lassen sich selbstverständlich auch durchführen, wenn die primäre Potentialdifferenz nicht wie bisher durch einen Lagen oder Druckunterschied gegeben ist, sondern in Form von Gesehwindigkeitsunterschieden auftritt. Ausserdem ist das erfindungsgemässe Verfahren der Gefällsumwandlung durchaus nicht auf flüssige Medien beschränkt, sondern kann ebenso auch bei gasförmigen Körpern zur Anwendung gelangen.
So soll z. B. an Hand der schematischen Fig. 10 gezeigt werden, wie die Energietransformation bei einer Windkraftanlage durchgeführt werden kann. Die hiezugehörige Einrichtung, die als Aerotransformator bezeichnet werden soll, besteht wieder aus dem Schacht 1, der einen beliebig gestalteten Einlauf 2 und Auslauf 3 besitzt. Zwischen Einlauf bzw. Auslauf und dem Schacht befinden sich die Abschlussorgane 4 und 5. Der Schacht geht in den sekundären Druckbehälter 7 über, von dem er durch die sekundären Abschlussorgane 8 abgeschlossen werden kann. Ein-und Auslauf müssen so beschaffen sein. dass sie stets dem Winde zu-bzw. abgekehrt sind.
Vor dem dem Winde zugekehrten Einlauf 2 habe die Luft eine grössere mittlere Geschwindigkeit bzw. grösseren Druck als auf der dem Winde abgekehrten Seite hinter dem Auslauf 8, wodurch die primäre Potentialdifferenz gegeben ist. Im Schacht 1 befinde sich bei zugemachten Abschlussorganen gerade ein entsprechender Unterdruck. Öffnet man nun die primären Einlassorgane 4, so tritt die Luft im Sinne des eingezeichneten Pfeiles I in Form einer Schwingung in den Schacht ein und erreicht daselbst einen gewissen Druck, der den des Druckbehälters überschreitet, so dass die sekundären Auslassorgane 8 unter der Wirkung dieses Überdruckes von selbst aufgehen.
Es tritt dann ein Teil der Luft unter Druck in den Behälter ein, bis bei Beendigung der Schwingung sowohl die sekundären Auslass-als auch die primären Einlassorgane zugehen. Nun herrscht im Schacht noch immer ein grösserer Druck, als die Luft ausserhalb des Transformators am Auslauf 3 besitzt. Werden
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nun die primären Auslassorgane 5 geöffnet, so tritt der Rest der bei. der Einströmung in den Schacht gelangten Luft aus demselben durch den Auslauf 3 in Form einer durch den Pfeil 11 angedeuteten Schwingung aus, worauf bei beendeter Schwingung die Abschlussorgane 5 wieder zugehen.
Durch die Einstellung eines entsprechenden Unterdruckes im Schacht zu Beginn der ersten Schwingung lässt sich erreichen, dass am Ende der zweiten Schwingung im Schacht wieder derselbe Unterdruck sich ergibt, wie zu Beginn der ersten Schwingung, so dass das Spiel von neuem beginnen kann. Selbstverständlich lässt sich die vorstehend beschriebene Transformation auch im Sinne der Verkleinerung eines gegebenen Gefälles durchführen.
Im nachstehenden soll die Einrichtung des Transformators, der sich dem jeweils zur Anwendung gelangenden Umwandlungsverfahren entsprechend anpassen muss und daher besonders in konstruktiver Hinsicht starker Abänderungen fähig ist, bloss an dem beispielsweisen Fall eines Auftransformators, u. zw. zunächst an Hand der Fig. 1 und 3-9 beschrieben werden. Der primäre Einlauf 2 ist ein im allgemeinen beliebig geformter Krümmer, der mit einem entsprechend grossen Querschnitt beginnt, und allmählich in der Weise in den Schacht 1 übergeht, dass die Hineinschwingung möglichst geordnet vor sich geht.
Was den Transformatorschacht 7 anbelangt, so wird derselbe zweckmässigerweise auf die Länge, auf welcher der Schachtspiegel seine Schwingungen vollführt, entweder zylindrisch oder pris- matisch ausgebildet, kann aber im allgemeinen jede beliebige Form und Lage besitzen. Der primäre
Auslauf 3 und der sekundäre Auslauf 6 sind im allgemeinen beliebig geformte Krümmer, die sich behufs
Erzielung geringer Austrittsverluste vom Schachtquerschnitt auf einen entsprechend grossen Endquer- schnitt erweitern in der Weise, dass eine möglichst geordnete Herausschwingung des Wassers erfolgt.
Der primäre Auslauf 3 und der sekundäre Auslauf 6 wirken als Düsen und enthalten entsprechende und geeignet angeordnete Führungs-und Trennwände 16, durch welche sie in mehrere Teildüsen zerlegt werden zu dem Zwecke, um die Erweiterungs-und Krümmungsverluste klein zu halten.
Erfolgt die Transformation durch zwei Schwingungen, so kann die Füllung des Hochbehälters y bzw. die sekundäre Ausströmung, wie aus den Fig. 11 und 12 zu ersehen ist, auch ohne sekundäre Aus- lasso. rgane vor sich gehen. Wie die erstere Figur zeigt, kann der Schacht 1 erfindungsgemäss an seinem oberen Ende als Überfall 17 ausgebildet werden, der den Schachtraum vom Hochbehälterwasser trennt und über welchen Überfall dann die Füllung des Hochbehälters 7 erfolgt. Gemäss Fig. 12 kann aber auch der Schacht 1 erfindungsgemäss oben in seiner weiteren Fortsetzung als sekundäre Auslaufdüse 6 aus- gebildet sein, die, mit einem Belüftungsventil versehen, mit ihrem entsprechend erweiterten Ende 18 von oben in das Wasser des Hochbehälters 7 eintaucht.
Um bei dem auf dem Zweischwingungsprinzip beruhenden Transformationsverfahren unzulässige Massendrücke, die von dem in Bewegung befindlichen
Wasser auf die während der Wasserbewegung auf- oder zugehenden Abschlussorgane ausgeübt werden könnten bzw. ein stossfreies Auf-oder Zugehen derselben zu erzielen, wird zweckmässigerweise eine Luft- pufferung vorgesehen in der Weise, dass dem in Bewegung befindlichen Wasser unmittelbar vor dem
Auf-oder nach dem Zugehen der Abschlussorgane Gelegenheit geboten wird, in einem eigens vorgesehenen
Pufferungsraum einen Luftpolster zusammenzudrücken. Dies kann z.
B. in der Weise erreicht werden, dass, wie aus den Fig. 6,7 und 13 zu ersehen ist, das Luftventil 10 etwas über den sekundären Auslass- organen 8 angeordnet und, noch bevor es der Wasserspiegel erreicht, geschlossen wird. Was die Ein- und Auslassorgane anbelangt, so bestehen dieselben mit Ausnahme derer, die beim Zweitakttransformator während einer Schwingung auf-bzw. zugehen, aus einem System von im allgemeinen fischbauchförmig ausgebildeten Drehklappen mit zueinander parallelen Drehachsen. Im geöffneten Zustand sind sie entweder zueinander parallel (s. in Fig. 1-4, 6-13) oder der Strömung entsprechend eingestellt (s. 4 in Fig. 14).
Im geschlossenen Zustand stehen sie entweder im Winkel zueinander (s. 5 in Fig. 1, 2,
6-13) oder sie sind, an den Abschlusskanten sich überlappend, in einer Ebene (s. 5 in Fig. 3 und 4), oder sonst in einer der Strömung entsprechenden Fläche (s. 5 in Fig. 14) angeordnet. Wie aus der letzteren Figur zu ersehen ist, können erfindungsgemäss die Abschlussorgane des einen Krümmers im geschlossenen Zustand gegebenenfalls auch zur Führung des durch den andern Krümmer strömenden Wassers herangezogen werden. Die Ein-und Auslassorgane mit Ausnahme derer, die während einer Schwingung aufbzw. zugehen, können auch als Gitterschützen (s. 4 und 5 in Fig. 5), die mit einem kleinen Hub grosse Öffnungen freizugeben imstande sind, ausgebildet werden.
Die Stege können hiebei, wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, zweckmässigerweise derart ausgebildet werden, dass im geöffneten Zustand der Abschluss- organe (s. 4 in Fig. 5) je zwei zusammengehörige Stege eine fischbauchförmige Rippe bilden zu dem Zweck, um eine möglichst glatte Durchströmung des Wassers zu erzielen. Die während einer Schwingung auf-bzw. zugehenden Abschlussorgane beim Zweitakttransformator bestehen, wie in den Fig. 5-7, 9, 13 und 14 mit 8 angedeutet, aus einem System von möglichst leichten Drehklappen, die, wo es möglich ist, sich selbsttätig öffnen und schliessen. In Fig. 15 sind die nicht während einer Schwingung auf-bzw. zugehenden Abschlussorgane in Schnitt und Ansicht dargestellt.
Die Drehklappen 19 sind vermittels zweier an den Stirnseiten derselben angeordneter Drehzapfen 20 gelagert ; diese sind aber nicht in der Mitte sondern etwas seitlich von derselben angeordnet zu dem Zweck, damit der dann einseitig wirkende Wasserdruck ein Drehmoment auf die Drehklappen ausübe, unter dessen Einfluss sie auf-und zugehen,
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beiderseitig mit einer Kurbel 21 versehen, an welcher das zum Öffnen und Schliessen der Drehklappen dienende Gestänge 22 angreift. In dieses Gestänge ist eine entsprechend vorgespannte Druckfeder 23 eingeschaltet, die dem auf die geschlossenen Drehklappen wirkenden und vom Wasserdruck herrührenden Drehmoment das Gleichgewicht hält und das Gestänge 22 im Falle der Einklemmung von Fremdkörpern entsprechend nachgiebig macht.
Die Drehklappen 19 sind zu einzelnen durch Hohlsäulen 24 voneinander getrennten Feldern zusammengefasst. Stehen die Drehklappen im geschlossenen Zustand im Winkel zueinander, dann werden, wie aus Fig. 15 zu ersehen ist, die in einem Sinne gleichgerichteten Drehklappen an ein Gestänge und die im andern Sinne gerichteten Drehklappen an ein, zweites Gestänge angehängt.
Beide Gestänge 22 werden dann in den Hohlsäule zu einem gemeinsamen Gestänge 25 vereinigt, so dass durch eine durch den Doppelpfeil angedeutete Hin-und Herbewegung des letzteren die Drehklappen eines Feldes auf-bzw. zugehen.
In Fig. 16 ist eine schematische Darstellung der Steuerung der Abschlussolgane ersichtlich. Im oberen Teil der Figur ist ein Transformator mit seinen primären Ein- und Auslassorganen 4 bzw. 5 dar-
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bzw. der Drehklappen wird durch einen mit Drucköl oder Druckwasser betätigten Servomotor 26 bewerkstelligt. Die zu je einem Feld gehörenden Servomotoren sind hydraulisch parallel geschaltet und erhalten die Druckflüssigkeit von einer gemeinsamen Steuermaschine bzw. von einem gemeinsamen Druckflüssigkeitserzeuger 27. Damit auch im Falle ungleicher Bewegungswiderstände der einzelnen Drehklappenfelder eine gleichzeitige und phasengleiche Bewegung der Drehklappen gesichert werde, sind die zu den einzelnen Drehklappenfeldern gehörenden gemeinsamen Antriebsgestänge 25. miteinander mechanisch gekuppelt.
Der Kolben 28 der gemeinsamen Steuermasehine 27 wird von einem ständig umlaufenden Motor 29 über ein dazwischen geschaltetes Kurbelgetriebe 30 mit zeitlich sinusförmigem Geschwindigkeitsverlauf immer nur dann hin-bzw. herbewegt, wenn die Welle 31 des Kurbelgetriebe unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Übersetzung 32 mit der ständig umlaufenden Antriebsmotorwelle 33 durch eine auf derselben befindliche elektromagnetische Kupplung 34 für die Dauer einer halben Umdrehung gekuppelt wird. In diesem Falle gelangt die aus dem Zylinder 27 der Steuermasehine verdrängte Druckflüssigkeit in die zu jedem Drehklappenfeld gehörenden Servomotoren 26.
Hiedurch wird deren Kolben bzw. die an denselben hängenden Antriebsgestänge 25,22 verstellt und damit die Drehklappen 19 der Abschlussorgane geöffnet oder geschlossen. Die ans-den Servomotorzylindern 26 verdrängte Druckflüssigkeit gelangt wieder in den Zylinder der Steuermaschine 2 ? zurück und wird auf diese Weise eine kraftsehlüssige und mit demselben Geschwindigkeitsverlauf vor sich gehende Bewegung der Servomotorkolben und des Kolbens der Steuermaschine erzielt. Der Zylinder der Steuer-
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zu dem Zwecke, um die Steuerung auch von zweierlei Abschlussorganen, wie z. B. der primären Einund Auslassorgane 4 und 5 in Fig. 16, bewerkstelligen zu können.
Der Beginn der Öffnungs-und Schliess- bewegung dieser Abschlussorgane wird durch die Schwingungen selbst in folgender Weise gesteuert.
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geeigneten Stelle eingebaut und der Wasserströmung ausgesetzt wird, schliesst einen elektrischen Strom kreis, wenn die Strömungsgeschwindigkeit Null oder nahezu Null ist, was zu Beginn und am Ende einer jeden Schwingung der Fall ist. Durch den erfolgten Stromschluss wird die elektromagnetische Kupplung 34 eingeschaltet und hiedurch die Öffnungs- oder Schliessbewegung der Abschlussorgane eingeleitet. Nach erfolgter halber-Umdrehung der gekuppelten Welle 31, d. i. im Moment der Vollendung der Öffnungsoder Schliessbewegung wird die elektromagnetische Kupplung'selbsttätig abgeschaltet.
Die aus dem Zylinder der Steuermaschine 27 herausgeführte Kolbenstange 38 besitzt einen Anker 39, der nach vollführtem Hub durch einen der jeweiligen Totpunktstellung entsprechenden Elektromagneten 40 festgehalten wird, damit infolge der Wirkung der bewegten Massen das Kurbelgetriebe nicht über die Tot- punktlage hinaus sich weiter drehe bzw. damit eine unerwünschte Rückbewegung des Kolbens 28 verhindert werde.
Damit trotz gleichzeitigen Kontakts an den beiden Membrankontaktapparaten 57 die ptimä""l1 Ein- und Auslassorgane nicht gleichzeitig, sondern entsprechend nacheinander auf-und zugehen,
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durchgeführte Verriegelung ist in Fig. 16 durch die entsprechende Ausbildung des Kolbenschieber 36 angedeutet, durch welche verhindert wird, dass die Servomotoren 26 beider Abschlussorgane 4 und 5 gleichzeitig Druckflüssigkeit erhalten bzw. die Abschlussorgane gleichzeitig betätigt werden.
Die Kolbenstange des Kolbenschiebers 56 besitzt einen Anker und an den Totpunktstellungen desselben die schon früher erwähnten Elektromagnete 35, die nicht bloss zur Umsteuerung sondern auch gleichzeitig zum Festhalten des Kolbenschieber in dessen Totpunktstellungen dienen. Behufs selbsttätiger Durchführung aller für die Steuerung der Abschlussorgane erforderlichen elektrischen Schaltungen wird von der Welle 31 des Kurbelgetriebes 30 eine Schaltwalze 41 angetrieben, die in Fig. 16 in der Draufsicht schematisch dargestellt ist. Diese Walze besteht aus einer entsprechenden Zahl von Schleifringen 42, die aus leitenden und nichtleitenden Segmenten bestehen.
Auf diesen Schleifringen schleifen feste und automatisch 93113
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verstellbare Doppelbürsten 43, die in die einzelnen zur Steuerung dienenden Hilfsstromkreise eingeschaltet sind. Die Hilfsstrouùu61se werden so lange geschlossen gehalten, so lange die Doppsslbürsten sich auf den leitenden Segmenten der Schleifringe befinden. Was die bei den einzelnen Transformationsarten erwähnten und in den diesbezüglichen Figuren nur schematisch dargestellten Luftventile 10 bzw. 12 anbelangt, so können sie im allgemeinen beliebig ausgebildet werden.. Zweckmässigerweise bestehen sie, ähnlich wie die Wasserabschlussorgane, auch aus einem System von Drehklappen.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Luftventils in schematischer Darstellung ist aus Fig. 17 zu ersehen, die den oberen Teil eines Zweitakt-Auftransfoimators in Schnitt und Draufsicht darstellt.
Die Bezeichnungen haoen dieselbe Bedeutung wie früher. Das Luftventil besteht hier aus einem System von im Kreise angeordneten Drehklappen 45, die im Winkel zueinander stehen. An den oberen Stirnseiten sind sie mit je einem Drehhebel 46 verbunden. Die Drehhebel der in dem einen Sinne gerichteten Drehklappen werden durch ein biegsames Band, Seil oder Kette 47 miteinander verbunden, ebenso wie die Verbindung der Drehhebel der in dem andern Sinne gerichteten Drehklappm durch ein zweites derartiges Organ erfolgt. Beide Zugorgane 47 werden durch ein Kniehebelgestänge 48, das an zwei benachbarten-Drehklappen vermittels zweier Drehhebel 49 angreift, gegenläufig bewegt und dadurch die Luftdrehklappen 45 geöffnet oder geschlossen.
Das Kniehebelgestänge 48 führt die Öffnungs-und Schliessbewegung dadurch aus, dass auf dasselbe die Kolbenstange 50 eines elektrisch gesteuerten Druekluftzylinders 51 wirkt. Der Beginn der Öffnungs- und Schliessbewegung des Luftventils bzw. der Luftdrehklappen wird durch die Schwingungen selbst in folgender Weise gesteuert. Ein im Schacht 1 vorgesehener Schwimmer 52 treibt vermittels der Seilrolle 53 über eine entsprechende Übersetzung 54 eine aus drei Schleifringen 55,56 und 57 bestehende elektrische Schaltwalze an. Auf diesen drei Schleifringen, die je aus einem leitenden und einem nichtleitenden Segment bestehen, schleift je eine Doppelbürste 58, 59 und 60.
Die Doppelbürsten 58 und 59 sind in die beiden zur Steuerung des Druckluftzylinders 51 dienenden Hilfsstromkreise eingeschaltet und schliessen oder unterbrechen dieselben, je nachdem sie auf den leitenden oder nichtleitenden Teil der Schleifringe 55 und 56 zu stehen kommen. Die auf dem dritten Schleifring 57 schleifende Doppelbürste 60 ist in den Stromkreis der Bürste 58 eingeschaltet, so dass dieser Stromkreis erst dann geschlossen wird, wenn auch die Doppelbürste 60 auf dem leitenden Segment des Schleifringes 57 sich befindet. Wenn nun der Schwimmer während der ersten Schwingung jene Lage erreicht hat, bei welcher das Luftventil aufzugehen hat, so muss die eine Doppelbürste 58 auf dem leitenden Teil des rotierenden Schleifringes 55 aufliegen und die Doppelbürste 60 auf den leitenden Teil des Schleifringes 57 gerade auflaufen.
Ist dies der Fall, so wird der eine Steuerstromkreis geschlossen und der Druckluftzylinder im Sinne einer Öffnung der Luftdrehklappen umgesteuert. Hiedurch gelangt die Druckluft von der einen Seite in den Druckluftzylinder und öffnet durch Verstellung des Kolbens 61
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welcher den Kolben dann in seiner Totpunktslage festhält. In dem Moment, wo der Schwimmer in seiner oberen Endlage, d. i. in der Höhe der sekundären Auslassorgane 5, angelangt ist, muss die Doppelbürste 58 von dem leitenden Segment des Schleifringes 55 ablaufen und gleichzeitig die Doppelbürste 59 auf dem leitenden Teil des Schleifringes 56 sich befinden. Hiedurch wird der Festhaltemagnet 62 abgeschaltet und der zweite Stromkreis geschlossen, der den Druckluftzylinder im Sinne einer Schliessung der Luft- . drehklappen umsteuert.
Die Doppelbürste 60 befindet sich noch immer auf dem leitenden Teil des Schleifringes 57. Gleichzeitig mit dem Abschalten des einen Festhaltemagneten 62 wird der andere Festhaltemagnet 62'eingeschaltet, der dann den Kolben des Druckluftzylinde's in der andern Totpunktlage festhält. Nach vor sich gegangener Schliessung der Luftdrehklappen erfolgt die sekundäre Ausströmung bzw. die Füllung des Sekundärbehälters. Mit der Beendigung der Füllung schliessen sich mit Hilfe der weitet vorher beschriebenen Steuerung die primären Einlassorgane und öffnen sich die primären Auslassorgane, damit die Ausströmung erfolgen könne.
Die Luftdrehklappen sind aber noch immer geschlossen und müssen diese erst geöffnet werden, damit die Ausströmung tatsächlich ihren Anfang nehmen kann.
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und Kontaktumschalters 64 und 65 der Stromkreis der Doppelbürste 59 unterbrochen und der Stromkreis der Bürste 58 geschlossen und kann dies entweder bei der Schlit ; ssbewegung der primären Einlass-oder zweckmässiger bei der Öffnungsbewegung der primären Auslassorgane erfolgen. Während der nun vor sich gehenden Ausströmung Wird infolge der rückläufigen Bewegung des Schwimmers dieselbe Steuerung, aber in der umgekehrten Reihenfolge durchgeführt, d. h. das Luftventil wird während der zweiten Schwingung bei derselben Schwimmerlage geschlossen, bei welcher es wählend der ersten Schwingung aufgegangen ist.
Die erfindungsgemässe Energie-bzw. Gefällsumwandlung und ihre Abarten lassen auch eine Leistungsregelung zu und kann diese z. B. in der Weise erfolgen, dass zwischen den Schwingungen einer Periode oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perioden Pausen (Aussetzer) eingeschaltet werden.
Die mit Unter-und Überdruck arbeitenden Transformatoren können erfindungsgemäss auch in der Weise reguliert werden, dass entweder der Teil des Schwingungsweges, den der Schachtspiegel bei ge- öffnetem Luftventil beschreibt, geändert oder die zusammenzudrückende bzw. auszudehnende Luftmenge verändert wird. Schliesst man z. B. bei einem mit Unterdruck arbeitenden Zweitakt-Auftransformator
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während der zweiten Schwingung das Luftventil bei einer andern Spiegelstellung, als es früher der Fall war, so erhält man am Ende dieser Schwingung bzw. der Periode eineandere'Schachtspiegellage und einen hiezugehörigen andern Unterdruck als früher.
Da aber die erste Schwingung der nächsten. Periode mit diesen geänderten Verhältnissen beginnt, ändert sich dadurch die Füllung des Transformators bzw. dessen-Leistung. Was die Leistungsregelung durch Änderung der zusammenzudrückenden. bzw. auszu- dehnenden Luftmenge anbelangt, so kann dieselbe in verschiedener Weise erfolgen. So wird z. B. die Luft, wie aus Fig. 18 zu ersehen ist, die den oberen Teil eines Dreitakttransformators mit dem Sekundärbehälter 7 darstellt, zum Teil in einem den Transformatorschacht 1 an seinem oberen Ende umgebenden und mit einem Luftventil versehenen Behälter 66 untergebracht, der zum Teil mit Wasser gefüllt ist.
Durch Zu-oder Ableiten von Wasser-was bei geöffnetem Luftventil erfolgen muss-wird in dem Behälter der Wasserspiegel und damit die zu komprimierend bzw. zu expandierende Luftmenge geändert.
Die Änderung der Luftmenge kann, wie in Fig. 19 schematisch angedeutet, auch in der Weise erfolgen, dass ein im oberen Teil des Schachtes 1 vorgesehener und mit dem Luftventil 10 versehener Kolben 67 verstellt wird.
Die angedeuteten erfindungsgemässen Arten der Leistungsregelung können aber auch automatisch vermittels eines Schwimmers in Abhängigkeit irgendeines sich ändernden äusseren Wasserspiegels erfolgen. Handelt es sich z. B. um einen Auftransformator, so wird man zweckmässigerweise die automatische Leistungsregelung in Abhängigkeit vom Wasserstand im Sekundärbehälter durchführen. Beispielsweise soll nachstehend an Hand der Fig. 17 eine automatische Leistungsregelung erläutert werden für den Fall, wo der Teil des Schwimmerweges, den der Schachtspiegel bei geöffnetem Luftventil beschreibt, in Abhängigkeit des sekundären Oberwasserspiegels OWs entsprechend geändert werden soll.
Ein im Sekundärbehälter 7 vorgesehener Schwimmer 6S verstellt, wenn sich der sekundäre Oberwasserspiegel ändert, die auf dem Schleifring 57 aufliegende Doppelbürste 60, wodurch der Beginn des Stromschlusses bzw. der Beginn der Öffnungs-oder Schliessbewegung des Luftventils geändert wird. Beim tiefsten Wasserstand im Sekundärbehälter muss die Doppelbürste 60, wie aus Fig. 17 zu ersehen ist, gerade das leitende Segment des Schleifringes 57 berühren, damit das Luftventil gleich zu Beginn der Eintrittsschwingung aufgeht und die Leistung des Transformators am grössten wird.
In dem Masse, als der sekundäre Oberwasserspiegel OWs steigt, wird durch den Schwimmer die Doppelbürste von dem leitenden Segment immer weiter zurück auf das nichtleitende Segment verstellt, so dass die Doppelbürste 60 erst nach einer bestimmten Verdrehung der Schaltwalze bzw. nach Zurücklegung eines bestimmten Spiegelweges im Schacht auf das leitende Segment des Schleifringes 57 aufläuft und demnach im Sinne der beabsichtigten Leistungsverringerung erst später die Öffnung des Luftventils bewirkt.
Der im Sekundärbehälter 7
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Wasserstandes die zur Betätigung der Wasserabschlussorgane dienenden Steuerstromkreise durch Ausschalten eines Endschalters zu unterbrechen und damit den Transformator so lange ausser Betrieb zu halten, bis der sekundäre Oberwasserspiegel sich wieder unter seinen höchstzulässigen Stand gesenkt hat. In diesem Falle geht der Endschalter wieder zu, worauf der Transformator wieder zu arbeiten beginnen kann.
Ändert sich während des Transformatorbetriebes das primäre oder sekundäre Gefälle, eventuell auch beide zugleich, so kann sich der Transformator an die geänderten, neuen äusseren Spiegellagen entweder von selbst in Form eines allmählichen Überganges anpassen oder diese Anpassung wird erzwungen.
Handelt es sich in diesem letzteren Fall um einen ohne Unter-oder Überdruck arbeitenden Transformator, so können die Anfangs-oder Endspiegellagen im Schacht den neuen äusseren Spiegellagen entsprechend eingestellt werden, wodurch sich natürlich die Füllung bzw. die Leistung des Auftransformators ändert.
Arbeitet aber der Transformator mit Über-oder Unterdruck, so kann, unter Beibehaltung derselben Füllung bzw. Leistung wie früher, die Anpassung an die neuen äusseren Spiegellagen in der Weise erzwungen werden, dass entweder das Luftventil über einen entsprechend grösseren oder kleineren Teil des Schwingungsweges offen gehalten oder die zusammenzudrückende bzw. auszudehnende Luftmenge entsprechend geändert wird.
Ist eine Gefällsvergrösserung oder Gefällsverkleinerung durchzuführen, für welche das Transfor-
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wandlung auch in mehreren hintereinandergeschalteten Transformatoren erfolgen in der Weise, dass der sekundäre Wasserspiegel des einen Transformators gleichzeitig den primären Wasserspiegel für den nächsten in Reihe geschalteten Transformator darstellt. In Fig. 20 ist eine beispielsweise Gefällsvergrösserung vermittels zweier hintereinandergeschalteter Dreitakttransformatoren schematisch dargestellt. Durch den ersten Transformator 69 wird das gegebene Gefälle Hp auf (Hs) vergrössert. Dieses Gefälle (Hs) dient gleichzeitig als Primärgefälle (Hp) für den zweiten Transformator 70 und wird dann weiter durch denselben auf das gewünschte Sekundärgefälle Hs vergrössert.
Arbeiten mehrere Transformatoren parallel, d. h. sind sie primär an dasselbe Primärgefälle und sekundär an dasselbe Sekundärgefälle angeschlossen, so kann man sie erfindungsgemäss gegeneinander
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erfindungsgemäss : zwei oder mehrere in der Phase verschoben arbeitende Transformatoren gemeinsame Ein- und Ausläufe besitzen, wodurch dieselben zeitlich besser ausgenützt werden. Eine derartige Anwendung für zwei in. der Phase verschoben arbeitende Transformatoren ist in Fig. 21 im Grundriss dargestellt.
Mit 71 sei der Schacht des einen und mit 7, der des andern Transformators bezeichnet. Durch den Einlauf 73 strömt. das Wasser einmal dem einen und einmal dem andern Transformator zu. Ebenso ist der Auslaut . beider Phasen gemeinsam, indem er einmal von dem einen und einmal von dem andern Tansformator in Anspruch genommen wird. Ausserdem können, wie aus der Fig. 21 zu ersehen ist, die Absehlussorgane der einen Phase, d. i. des einen Transformators im geschlossenen Zustand als Führung für die Wa3serbewegung der andern Pilage, d. i. des in der Phase verschoben arbeitenden Nachbartrans- formators, dienen.
Wenn es sich darum handelt, Wasser von einem gegebenen Unterwasserspiegel UW auf einen
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werden, dass die Pumpe das Wasser auf ein höheres Niveau, als dem gewünschten sek indären Niveau OWs entspricht, fördert und diese Förderhöhe dann vermittels eines. Transformators auf den gewünschten kleineren Wert reduziert wird. Eine derartige Kombination von Pumpe und Transformator bietet den grossen Vorteil, dass die Pumpe unabhängig davon, ob sich der eine oder der andere Wasserspiegel ändert, immer mit derselben. Förderhöhe arbeiten und diese dann durch den regelbaren Transformator auf den gewünschten Wert umgewandelt werden kann.
Auch eine automatische Leistungsregelung in Abhängigkeit des sich-ändernden Unterwasserspiegels bzw. der zu fördernden Wassermenge kann in folgender Weise durchgeführt werden. Ein Schwimmer stellt dem jeweils vorhandenen Unterwasserstande entsprechend die hiezugehörige vorteilhafteste Drehzahl bzw. Leistung der Pumpe ein. Da sich hiedurch die Förderhöhe Hp bzw. das Fördernivean OWp der Pumpe ändert, wird in Abhängigkeit dieser letzteren Änderung durch einen zweiten Schwimmer die entsprechende Leistung des Transformators nach einer der schon früher angegebenen Methoden eingestellt.
Wie schon eingangs erwähnt wurde, ist die erfindungsgemässe Gefällsumwandlung ganz besonders für eine rationelle Ausnützung der Flut und Ebbe geeignet. Nachstehend soll diese durch Hydrotransformatoren erfolgende neuartige Ausnützung der Gezeiten an Hand der Fig. 23 und 24 näher beschrieben werden. Aus der ersteren dieser beiden Figuren, die eine allgemeine Situationsskizze darstellt, ist zu ersehen, dass die mit 77 bezeichneten und den Hauptbestandteil der Meereskraftanlage bildenden Transformatoren so eingebaut werden, dass durch dieselben eine bereits vorhandene natürliche Bucht oder ein künstlich hergestelltes Becken 78, das in der Folge als Primärbecken bezeichnet werden soll, vom offenen Meer 79 abgetrennt wird.
Zur Zeit der Flut kann der Transformatorenbetrieb mit jedem beliebigen
Stand des Meeresspiegels und auch des primären Beckenspiegels, wenn letzterer nur tiefer steht, beginnen.
Es bildet dann das Meer das primäre Oberwasser, das Primärbeckon das Unterwasser und stellt die zwischen den beiden Spiegeln vorhandene veränderliche Niveaudifferenz das Primärgefälle dar. Während des vor sich gehenden Transformatorenbetriebes tritt die vom Meer in die Transformatoren eingeströmte primäre Wassermenge - dem gewünschten Transformationsverhältnis entsprechend - zum Teil ins Primärbecken, zum'Teil in das entsprechend höher gelegene Sekundärbecken 80 aus und werden die Turbinen an dieses letztere angeschlossen, so dass sie infolge der durchgeführten Energietransformation die entsprechend kleinere Sekuhdärwassermenge bei dem entsprechend grösseren Sekundärgefälle verarbeiten.
Da während des Fiutbetriebes die Transformatoren vom Meer ins Primärbecken arbeiten, und auch die Turbinen das verarbeitete Sekundärwasser zweckmässigerweise in dasselbe ausgiessen, steigt dessen Wasserspiegel. Ebenso äudert sich gleichzeitig der Meeresspiegel gemäss der in Fig. 24 dargestellten Flutkurve 81, bei welcher die während der Flut und Ebbe auftretenden Erhebungen bzw.
Sendungen des Meeresspiegels in Abhängigkeit der Zeit aufgetragen sind. Da sich aber beide Spiegel zeitlich in verschiedenem Masse ändern, ist auch die zwischen ihnen befindliche und das Primärgefälle durstellende Niveaudifferenz veränderlich. Die im allgemeinen kleinen und überdies veränderlichen Primärgefälle werden durch die Hydrotransformatoren in ein entsprechend grösseres und praktisch konstantes Sekùndi1rgefälle umgewandelt.. Durch Anschluss der Turbinen an dieses grössere Gefälle fallen dieselben kleiner und. billiger aus, lassen eine direkte Kupplung mit den ebenfalls kleiner und billiger gewordenen Generatoren zu und können, unabhängig von den Gezeitenschwanktngen des Meeresspiegels, immer mit derselben vorteilhaftesten Tourenzahl laufen.
Der Transformatorbetrieb während der Flut kann theoretisch so lange. dauern, bis der Meeresspiegel und der primäre Beckenspiegel gleich hoch zu stellen kommen, d. h. bis das Primärgefälle Null geworden ist. Es werden dann die Transformatoren abgestellt und das Primärbecken vom Meer abgesperrt.
Hierauf wird eine Betriebspause ein- geschaltet, die so lange dauert, bis während der Ebbe der Meeresspiegel wieder um ein beliebiges Mass unter das Niveau des primären Beckenspiegels sich abgesenkt hat, worauf der Ebbebetrieb der Trans-
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einer gleichen Pause wie früher, gelangt man wieder zu denselben Verhältnissen, wie sie zu Beginn des
Flutbetriebes bestanden hatten, so dass diese periodische Arbeitsweise beliebig fortgesetzt werden kann.
Wie aus der Fig. 24 zu ersehen ist, gehört zu jeder Meeresspiegellage, mit der man den Flutbetrieb der
Transformatoren beginnen lässt, eine Beckencharakteristik, die nach Länge und Neigung vollkommen bestimmt ist.
Sie fixiert die Anfangsspiegellage des Primärbeckens sowie die Betriebsdauer und die
Betriebspause ; der Neigungswinkel ou der Beckencharakteristik ist ein Mass für die sekundlich zu ver- arbeitende primäre Füllwassermenge bzw. für die Grösse der Transformatoren.
Auch die verhältnismässig kleinen Niveaudifferenzen, die herankommende Wellen erzeugen, lassen sich durch Hydrotransformatoren vergrössern, wodurch unter Umständen eine rationelle Ausnützung ihrer Energie ermöglicht wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für den Hydrotransformator bildet die Wasserversorgung. Man ist auf Grund der vorliegenden Erfindung in der Lage, bei einer Wasserleitungsanlage mit dem vorhandenen Druck vom Hochbehälter aus auch noch solche Stadtgebiete bzw. Stockwerke, die höher liegen als dem vorhandenen Druck bzw. der Lage des Hochbehälters entspricht, mit Wasser zu versorgen.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, dass, wie in Fig. 25 schematisch dargestellt, zwischen Hochbehälter 87 und Rohrnetz 88 und 89 Transformatoren 90 eingeschaltet werden. Das vom Hochbehälter aus in die Transformatoren gelangende Wasser wird zum kleineren Teil in einen Druckbehälter 97, zum grösseren Teil in einen Niederdruckbehälter 92 gebracht, deren Drücke höher bzw. niedriger als der normale Betriebsdruck sind. Vom Hochdruckbehälter 91 erfolgt dann durch das angeschlossene Rohrnetz 88 die Versorgung jener höher gelegenen Stadtteile bzw. Stockwerke, deren Versorgung direkt vom Hochbehälter aus mit dem normalen Betriebsdruck sonst nicht möglich wäre.
Vom Niederdruckbehälter 92 erfolgt dann durch das angeschlossene Rohrnetz 89 die Versorgung der tiefer gelegenen Stadtteile bzw. Stockwerke mit einem kleineren Druck, als dem normalen Betriebsdruck entspricht. Auch in dem Falle, wo man mit dem vorhandenen Betriebsdruck zur Versorgung eines zu weit gelegenen Stadtgebietes unter Beibehaltung der Rohrleitung nicht mehr auskommt, kann die vorhin beschriebene erfindungsgemässe Einrichtung Verwendung finden, indem die Versorgung des zu weit gelegenen Stadtgebietes mit einem entsprechend höheren Druck durch das Rohrnetz 88 durchgeführt wird, während mit dem primär aus den Transformatoren austretenden Wasser die nähergelegenen Stadtgebiete durch das Rohrnetz 89 versorgt werden.
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Ebenso kann das Messen des Wasserverbrauches bei Wasserleitungsanlagen erfindungsgemäss vermittels eines Hydrotransformators in nachstehender Weise durchgeführt werden. Wie aus Fig. 26 zu ersehen ist, wird der als Wasserzähler dienende Transformator 93 an seinem Ein-und Auslauf mit
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dem normalen Betriebsdruck steht, versehen. An den Behälter 95 ist dann die weitere Verteilungsleitung 96 angeschlossen. Wird nun aus derselben Wasser entnommen, so senkt sich unter gleichzeitiger Druckabnahme der Wasserspiegel im Behälter 95. Wenn der Spiegel eine festgesetzte untere Grenze erreicht hat, wird der Transformator eingeschaltet und. arbeitet so lange, bis der Spiegel im Behälter 95 eine festgesetzte obere Grenze erreicht hat, worauf der Transformator automatisch wieder abgeschaltet wird.
Während der Transformator arbeitet, gelangt Wasser aus dem Einlaufbehälter 94 in Form einer Schwingung in den Transformatorschacht und tritt dann zur Gänze aus diesem in Form einer zweiten gleichen Schwingung in den Auslaufbehälter 95 wieder aus. Diese Ein-und Austrittssehwingungen folgen so lange aufeinander, bis der Transformator, wie schon früher erwähnt wurde, bei Erreichung der oberen Spiegelgrenze im Auslaufbehälter abgeschaltet wird.
Die aus der Rohrleitung entnommene Wassermenge muss somit vorher den Transformatorschacht in Form von Schwingungen passieren und kann daher, wenn der Transformatorschacht gleichen Querschnitt besitzt, vermittels eines im Schacht vorgesehenen Schwimmers 97, dessen nur in dem einen Sinne zurückgelegten Wege ein Zählwerk fortlaufend registriert, gemessen werden. In dem Falle, wo ein Transformator zur Speisung eines Netzes mit zwei verschiedenen Drucken verwendet wird, werden erfindungsgemäss in dem Transformatorschacht zwei Schwimmer vorgesehen, von denen, wie vorstehend angegeben, der eine das primär austretende, der andere das sekundär austretende Wasser misst bzw. fortlaufend registriert.
Das den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende Verfahren zur Energie-bzw. Gefällsum- wandlung ist durchaus nicht auf die angeführten Ausführungsformen beschränkt, sondern lässt im Verein mit den hiezugehörigen Einrichtungen eine weitgehende Anpassung an den jeweiligen Zweck sowie die besonderen Verhältnisse zu und ist durchgreifender Abänderungen fähig.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Umwandlung von Gefällen, die in Form von Lagen-, Druck-oder Geschwindig- keitsunterschieden (im folgenden als Potentialdifferenzen bezeichnet) gegeben sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine entsprechende Menge (Primärmenge) des flüssigen oder gasförmigen Mediums vom
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gerade ein entsprechend niedrigeres Potential besitzt, in Form einer Schwingung eintritt, nach deren Beendigung-je nach dem Sinn der Umwandlung des gegebenen (Primär-) Gefälles - eine entsprechend kleinere oder grössere Menge (Sekundärmenge), als bei der ersten Schwingung in den Schacht eingetreten ist, aus demselben in Form einer zweiten Schwingung durch einen (Sekundär-) Auslauf austritt und dabei auf jenes (Sekundär-) Potential gelangt,
zwischen welchem und dem gegebenen niedrigeren (Plimär-) Potential das gewünschte grössere oder kleinere (Sekundär-) Gefälle besteht, worauf-wieder je nach dem Sinn der Umwandlung-entweder der restliche Teil der in den Schacht eingetretenen (Primär-) Menge aus demselben durch einen (Primär-) Auslauf in Form einer dritten Schwingung nach der Seite des gegebenen niedrigeren (Primär-) Potentials austritt oder von dieser Seite so viel in den Schacht in Form einer dritten Schwingung eintritt, als mehr aus demselben während der zweiten Schwingung ausgetreten ist, so dass in beiden Fällen am Ende der dritten Schwingung im Schacht derselbe Zustand, wie er zu Beginn der ersten Schwingung vorhanden war, wieder hergestellt ist,
die nächste Umwandlungsperiode mithin sofort beginnen kann und so bei fortgesetzt durchgeführter Umwandlung die bei derselben
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Verhältnis stehenden, grösseren oder kleineren (Sekundär-) Gefälle fortlaufend verarbeitet werden kann.
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Procedures and facilities for converting slopes.
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level was lowered below the upper water level and is, as mentioned, equal to twice the lowering of the level related to the upper water level. This oscillation path HI gives the amount of water that entered the shaft during the oscillation, which is to be referred to as the primary fill water amount V1, and the length HI can therefore also be called the fill of the transformer.
The lowering at the beginning of the oscillation must not fall below a certain value, so that at the end of the oscillation the shaft level, as indicated in the figure, is above the level of the elevated tank level OWs. If, after the primary inlet organs 4 have closed at the end of the oscillation, the closing organs 8 are opened, a second water oscillation occurs as a result of the level difference that exists between the shaft level in position 8 "and the container level OWs in the sense of the arrow II at the end of which - assuming lossless oscillation again - the shaft level drops into the position Sm symmetrical to the container level OWs, but still remains above the level of the underwater level UW.
Even now, at the end of the oscillation, the closing organs 8 have to be closed again in order to avoid a back oscillation. As a result of this second oscillation, part of the amount of water that entered the shaft during the first oscillation escaped from the shaft into the elevated tank.
This amount of water, which is to be referred to as the secondary amount of water VII, is given by the mirror path Hi covered during the second oscillation. If you now open the closing organs 5, as a result of the level difference that exists between the viewing mirror in the Sill position and the underwater level UW, a third oscillation occurs in the direction of the arrow III drawn in, and when it ends - assuming lossless oscillation again - the viewing mirror in the position Sim symmetrical to the underwater level arrives. Now too, in order to prevent a back oscillation, the starting elements 5 must be closed at the end of the oscillation, which is now the third oscillation.
In order to achieve continuous operation, these three oscillations described above form a transformation period that can be repeated as often as desired, the same state must be restored in the shaft at the end of each period as it was at the beginning of the same. H. the final mirror position Gim must coincide with the initial mirror position S '. This is only possible, however, if at the beginning of the first oscillation the lowering of the level related to the upper water level Otfp had a very specific value, u. between their size equal to the second illegal hs is. The oscillation path HI or, in the case of a certain shaft cross section, the primary filling water quantity V, per period is completely determined by this latter.
During the third oscillation, the remainder of the primary filling water quantity left over after the second oscillation and given by the mirror positions S 'and jS "and represented by the length HUI IL emerges from the shaft into the underwater.
If the continuously identical shaft cross-section is designated with Fs and the specific weight of the water with y, then during a conversion period the amount of water VI-V = Fs (HI-RI) has passed from the primary upper water into the underwater and this amount of water has the primary work = y (Vz-VIj) Hp performed; However, this work has been used to create the secondary amount of water V = FaHII from the primary headwater into the elevated tank 7 or to raise it to the level Hs-Hp. This secondary work All =: VI (Hs-Rp) is thus the equivalent of the secondary work AI, if one disregards the energy losses occurring during the oscillations.
By equating both works and corresponding transformation, the conversion equation V1Hp = VIIHs results, which states that in the case of the invention. With this conversion process, a small gradient in connection with a large amount of water can be converted into a large gradient with a correspondingly small amount of water.
While in the past the turbines connected to the small slope had to process a large amount of water in order to achieve a certain performance and this - if it was technically possible at all - could only be carried out in a mostly uneconomical manner with large and expensive machines, due to the According to the method according to the invention, the same energy is expanded in such a way that the small gradient is converted into a larger one by transformation, the turbines are connected to this larger gradient and thus have to process a small amount of water, whereby the advantages already mentioned above are achieved.
This energy or gradient conversion according to the invention offers the further advantage in hydropower plants that the secondary gradient IIs, to which the turbines are connected,
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and can always run at the same, most advantageous number of revolutions. If the secondary fall remains constant, as can be seen from the previous observation, the primary filling water quantity Vj remains the same. With the change in the primary water gradient only the secondary water volume VII changes, since, as a simple consideration shows, the oscillation path HII representing the secondary water volume is always equal in size to twice the primary volume.
Furthermore, the presence of the elevated tank also offers the advantage that if there were primarily no longer enough water, it is able, thanks to its capacity, to cover temporary peak loads. In addition, in the case of existing hydropower plants, their energy inflow or their load can be significant
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that at the time of the greater energy inflow or the smaller load, the excess water is processed by one or more hydraulic transformers due to the method according to the invention and the secondary water is stored in a raised tank provided for this purpose, in order to then at the time lower energy inflow or greater load from its own,
to be processed from this elevated tank fed auxiliary turbines. The method according to the invention can at all
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The new method can also be carried out in such a way that a given (primary) gradient Hp is reduced, or that by means of the given gradient, water partly from the upper water OWp and partly from the lower water UW to a lower height Hs than the Primary gradient Hp corresponds to, brought or is brought to a level OWs located between the upper and lower water; the associated device, which, in contrast to the earlier step-up transformer, is to be referred to as a step-down transformer, can be seen from the schematic FIG. 2 and the designations occurring there have the same meaning as before.
This transformation, which is to be felt in the sense of a reduction in the given gradient, takes place, as before, through three oscillations and, if one disregards the energy losses which occur here, the same happens in the following way: The water comes from the underwater into the shaft 1, in which the The shaft level is just correspondingly deep below the underwater level UW in the position S'sich, in the form of an oscillation. At the end of this, the shaft level reaches the position <S which is symmetrical to the underwater level and which is still below the prime upper water level OlVp.
A corresponding amount of water (Marble water amount) then enters the shaft from the primary upstream water in the form of a second oscillation, at the end of which the shaft level reaches the position symmetrical to the primary upstream water level (Wp). Finally, the sum of the during the first two oscillations enters the In the shaft, amounts of water in the form of a third oscillation into the secondary container designated by 7 and this amount of water OWs (secondary amount of water) are brought to the level between the upper and lower water levels
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The difference between the pressures acting on the two mirrors mentioned above is conditional.
If one denotes the sum of the height of a water level related to any common horizontal reference plane and the pressure level on it as the pressure level of the water level, then in the case considered above the oscillation occurs as a result of the layer pressure difference between the primary upper water level OWp and the shaft level in the position S 'insists on.
It is also easy to see that the difference in the layer pressures still have a positive value or can cause an oscillation in the sense of the arrow 1 drawn if, at the beginning of the oscillation, the shaft level is also above the level of the primary headwater level OWp, in in which case, however, the associated negative pressure at the beginning of the oscillation must have a correspondingly smaller value. During the inlet oscillation, since the air valve is closed, the air above the rising water level is compressed, whereby the negative pressure in the shaft initially decreases gradually until the air valve opens when atmospheric pressure is reached; the remaining part of the oscillation then takes place at atmospheric pressure.
This is followed by the second and third vibration.
The air valve only closes again when the same mirror position is reached again in the shaft at which the air valve opened during the first oscillation. This approach can take place either during the second or the third oscillation. As long as the valve is open, the oscillation process takes place at atmospheric pressure and only after it has been closed is the oscillation process associated with an expansion of the air above the lowering shaft level. At the end of the third oscillation, i.e. i. After the end of a transformation period, the same conditions are set in the shaft as they were at the beginning of the first oscillation, so that the next period can begin immediately.
Of course, given the Hp and the required Es, the transformation can also take place in such a way that during the first oscillation the atmospheric pressure is only reached at the mirror position with which the third oscillation begins. In this case the remainder of the first oscillation as well as all of the second oscillation takes place at atmospheric pressure, i. H. with the air valve open, instead of and only the third oscillation, at the beginning of which the air valve must close, then takes place with an expansion of the enclosed air or with negative pressure.
By changing the negative pressure at the beginning of the first oscillation and the associated initial mirror position, both the primary fill water volume and the secondary water volume change for a given primary and secondary gradient, which, in contrast to earlier, enables the transformer to be regulated or to work with Partial fillings that can be changed at will.
In addition, the fact that it is now possible to work with higher initial mirror positions than the outer mirror positions would otherwise require, offers the further advantage that one can make do with transformers that are less deep and therefore cheaper to manufacture.
This conversion process, in which a negative pressure is used, can also be carried out in a corresponding manner if a given slope is to be reduced. As far as the inventive use of the overpressure is concerned, which also enables the transformer to be regulated or to work with arbitrarily changeable partial fillings, this will only be described again for the case of a transformer with reference to the schematic FIG. The transformer shaft 1 is closed at the top again and is provided with an air valve 10.
The first oscillation begins with the air valve open, i.e. H. with normal atmospheric pressure and with a certain level lowering (position S '). During the oscillation, the air valve is closed at a suitable moment, whereupon the water, which continues to swing up in the shaft, compresses the air above and now enclosed until it has come to rest in the mirror position S. The air valve, which can also be closed at the beginning of the inlet oscillation, remains closed after it has closed and is only opened again when, during the further course of the transformation period, the shaft level has again reached that position at which during the first Vibration the air valve is closed.
After the ventilation valve has opened - which can be the case during the second or third oscillation - the rest of the transformation period takes place again at atmospheric pressure. Here, too, it can be achieved that at the end of the third oscillation, i.e. at the end of a transformation period, the same state in the shaft, i.e. H. atmospheric pressure and the same mirror position as at the beginning of the first oscillation.
Similarly, the conversion described above is carried out using an overpressure when it is a question of reducing a given slope. According to the invention, a combination of negative and positive pressure can also be used, in such a way that the first oscillation begins with negative pressure and ends with positive pressure.
When atmospheric pressure is reached, the air valve opens and then remains open either for a moment or for a longer period of time, but must be closed before the oscillation ends.
It remains in the closed state until that mirror position is reached again during the second or third oscillation at which it was closed during the first oscillation and
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then remains open until the mirror position is reached at which it opened during the first oscillation.
The conversion process carried out so far with its variants was carried out by three oscillations and the transformer belonging to it is to be referred to as a three-cycle transformer.
According to the invention, however, the transformation process can also be carried out by two oscillations and this has the great advantage that, because of the shortening of the period that is made possible, the performance of the transformer, which, in contrast to earlier, is now referred to as a two-stroke transformer, is significantly increased. This method, based on the two-oscillation principle, as well as the associated two-stroke transformer will again only be explained for the case of the slope enlargement using the schematic Fig. 5-7 and the terms occurring there have the same meaning as before. The first of these contains a schematic representation of such a transformer, in which, however, no underpressure or overpressure is applied.
The water flows from the upper water into the shaft 1, which is closed at the top and provided with an air valve 10, in which the water is just correspondingly deep (position 8 ') below the underwater. level, when the air valve is open in the form of an oscillation indicated by the arrow I and the shaft level, if the shaft were sufficiently high, at the end of the oscillation would reach the position 8 "shown in dashed lines in the figure. In reality, however, the The vibration does not develop in this way, but, in contrast to earlier, takes place in the following way: The water swinging up in the shaft causes the air valve to close when it has reached the level of the secondary outlet elements 8 and opens, since it is still in Movement is the secondary outlet organs by overcoming the pressure on them.
A corresponding part of the water then exits under pressure from the shaft into the elevated tank 7 by virtue of the living force that is still inherent in it. This secondary outflow lasts until the movement has come to rest or the oscillation has ended, whereupon the secondary outlet and primary inlet organs approach. The air valve opens and the remainder of the water in the shaft and still originating from the first oscillation escapes into the underwater when the air valve is open in the form of an oscillation indicated by arrow II. The air displaced from the shaft during the first part of the inlet oscillation, after it has passed the open air valve, escapes through an air pipe 11 built into the secondary container 7 and open at the top.
While with the three-stroke transformer the filling of the elevated tank took place in the form of its own oscillation, the same now happens with the two-stroke transformer during the first oscillation, whereby the period duration is shortened considerably as a result of the elimination of its own filling oscillation and thus the efficiency of the transformer, as before mentioned, is increased. So that at the end of a transformation period, i. i. Here at the end of the second oscillation, in order to achieve continuous operation in the shaft the same mirror lowering as at the beginning of the first oscillation, the mirror lowering at the beginning of the first oscillation must have a certain value at the given height of the secondary closing organs.
If the transformer is a step-down transformer, the conversion based on the two-oscillation principle is carried out as follows. Water from underwater enters the shaft, which is closed at the top and provided with an air valve, in which the water is currently correspondingly deep below the underwater level, in the form of an oscillation when the air valve is open. When the shaft level has reached its upper end position at the end of the oscillation, where the primary inlet organs must now be arranged, the air valve is closed and the primary inlet and secondary outlet organs are opened. The water now exits the shaft in the form of a second oscillation through the secondary outlet elbow and is brought to the level between the upper and lower water (secondary tank).
During the first part of this second oscillation, a corresponding amount of water flows through the opened primary inlet organs at the same time from the upper water into the shaft with the air valve closed, after which the rest of the oscillation, after the primary inlet organs have been closed, takes place with the air valve open.
Even with this transformation process, which takes place in only two oscillations and in which no underpressure or overpressure is applied, the filling of the transformer, ie. i. the largest amount of fill water entering the same and represented by the length Hr for the transformer or the secondary amount of water for the transformer represented by the length Hrr, in the former case completely determined by the secondary gradient, in the latter case by the primary gradient. It is therefore not possible to work with smaller amounts of water or with partial fillings, even here, if negative or positive pressure is not used.
By using negative or positive pressure in the above-described transformation method according to the invention, however, the same advantages can again be achieved as they resulted from the transformation method based on the three-oscillation principle.
The application of the negative pressure will first be explained again only for the case of a transformer with reference to the schematic FIG. The first oscillation begins when the air valve-M is closed with a negative pressure prevailing in shaft 1 and a consequently higher initial
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mirror position S 'than the secondary gradient Hs would otherwise require, and which may also be above the headwater level OWp under certain circumstances. During the ongoing oscillation, the water swinging into the shaft compresses the enclosed air above it. When atmospheric pressure is reached, the air valve opens. This then remains open until the shaft water level has reached the level of the secondary outlet elements 8.
At this moment the air valve closes and it works after the one in motion
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in front of you. When the oscillation ends, the secondary outlet and primary inlet organs close and the air valve opens, whereupon the water remaining in the shaft from the first oscillation exits into the underwater in the form of a second oscillation. During this, the air valve only closes again when it reaches the mirror position at which it opened during the first oscillation and this opening must take place at the latest when the secondary outlet organs are reached. If the entry oscillation had been able to develop unhindered in a correspondingly high shaft, the shaft level would have moved from its position S ′ to the position S ″ shown in broken lines in FIG.
The distance between these two mirror positions or the length HI, however, determine the primary fill water quantity. So that for an arbitrary value of the same with given external mirror positions and given altitude of the secondary outlet organs after completion of a transformation
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As at the beginning of the transformation period, both the mirror position and the negative pressure must have a very specific width at the beginning of the first oscillation.
Because the air valve is kept open for different lengths of time during the second oscillation, at the end of this oscillation there is always a different mirror position and a different associated negative pressure, which together always result in a different filling or primary filling water quantity in the subsequent inlet oscillation, whereby a controllability of the two-stroke vacuum transformer is given.
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two parts. The lower part, in which the water oscillations occur, contains at its upper end the secondary outlet organs 8, through which it can be brought into communication with the secondary elevated tank 7 and an air valve 10 which, when open, connects to the upper part of the shaft.
This upper part of the shaft is only filled with air and also has an air valve at its upper end. ?. The first oscillation begins with a very specific lowering of the mirror $ position S ') and with the air valves 10 and 12 open, but with the secondary outlet organs 8 closed. During the oscillation, the upper air valve M closes at a very specific moment, which can sometimes happen at the beginning of the oscillation the fall can be.
From the moment this air valve closes, the water swinging up in the shaft compresses the enclosed air above it, until the air valve 10 located at the same height closes when the secondary outlet organs are reached. According to the transformation equation, a part (secondary water quantity) of the water that got into the shaft (primary water quantity) then escapes under pressure into the elevated tank. When the oscillation has ended, the secondary outlet organs close by themselves and the air valve 10 opens, whereupon the remainder remaining in the shaft emerges from the shaft into the underwater in the form of a second oscillation.
During this second oscillation, the volume of air that was trapped in the upper part of the shaft during the filling of the elevated tank expands again up to atmospheric pressure and this is reached with the same mirror position as in the first oscillation.
Analogously, this conversion can also be carried out for the reduction of a given gradient.
According to the invention, a combination of underpressure and overpressure can also be used in this energy transformation, which takes place in only two oscillations, and this will again only be explained for the case of a transformer with reference to FIG. During the first oscillation, which begins with a subdiuek, it decreases until atmospheric pressure is finally reached. At this moment the air valve 12 opens and then remains open either for a moment or for a longer period of time, but has to close before the secondary outlet organs are reached.
From the moment this approach is taken, the air above the shaft surface is compressed. When the same reaches the level of the secondary outlet organs, the lower air valve 10 closes, whereby the compressed air located in the upper shaft part is closed off.
The secondary outlet organs open and some of the water that has entered the shaft passes under
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Shaft part enclosed and compressed air again from the air valve when the atmospheric pressure is reached. ? rises. This takes place with the same mirror position as with the first oscillation and the same happens again with the same mirror position in which it
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choosing the first oscillation has risen. From the moment the air valve 12 is closed, the trapped air then expands until, at the end of the second oscillation, the same mirror position and the same negative pressure are set in the shaft as they were at the beginning of the first oscillation in the shaft.
This combination of underpressure and overpressure can also be used analogously in the two-stroke step-down transformer.
In the case of the above-described downward slope conversion according to the invention and its possibilities for modification, closed containers can also be used in place of the free upper and lower water and the open secondary container, the water level of which is under a pressure other than atmospheric and which are then generally arranged with the closing organs at any height can. In Fig. 8, for example, a three-stroke transformer is shown schematically, in which the upper water is replaced by the closed container 13 in which the water is under pressure. This can e.g. B. be caused by the fact that the container.
M is connected by a pipeline 14 to an elevated surge tank 15 and the tank pressure under which the water level OWp is then corresponds to the difference in level between the surge tank and tank level. The underwater is free and open. The secondary container 7 is closed again and its upper water level OWs is also under pressure. The primary or secondary gradient is then given by the difference in pressure between the primary upper water level 017p and the lower water level UW or between the secondary upper water level OWs and the lower water level UW.
The primary gradient can also still have a positive value if the primary headwater levelOWp is below the level of the underwater level UW, if only the pressure on the primary headwater level has a correspondingly high value. Furthermore, the secondary pressure vessel 7 could also be relocated on the ground; only then, in order not to change anything in the secondary gradient, the pressure in the same has to be increased by as much or the pressure height has to be increased by as much as the tank level is lowered.
The secondary pressure vessel, which takes the place of the open secondary elevated tank in the case of the transformer, and the primary pressure vessel, which takes the place of the primary open headwater in the case of the transformer, can also be arranged below the transformer shaft between the inlet and outlet. The schematic FIG. 9 shows such an arrangement for the example of a three-cycle step-up transformer. The first oscillation begins with the mirror position S 'and a corresponding negative pressure. At the end of the inflow, the shaft level reaches the position.
Now the second oscillation begins; in that the secondary closing organs 8 open and the part (secondary water quantity) of the water that has entered the shaft (primary water quantity) given by the mirror positions <S "and exits under pressure into the pressure vessel 7 located between the inlet and outlet below the shaft. At the moment, where the tank pressure begins to predominate, the secondary outlet organs close by themselves. Now the primary outlet organs 5 are opened, whereupon the rest of the water given by the mirror position S and S 'exits into the underwater in the form of a third oscillation.
In the case of a two-stroke transformer, the filling of the secondary pressure vessel would have to take place during the first part of the second oscillation in the case of increasing the incline, but the primary flow during the last part of the first oscillation in the case of decreasing the incline.
The gradient conversion according to the invention described so far and its modifications can of course also be carried out if the primary potential difference is not given by a position or pressure difference as before, but occurs in the form of differences in velocity. In addition, the method of the gradient conversion according to the invention is by no means limited to liquid media, but can also be used with gaseous bodies.
So z. B. on the basis of the schematic FIG. 10 it can be shown how the energy transformation can be carried out in a wind power plant. The associated device, which is to be referred to as an aerotransformer, again consists of the shaft 1, which has an inlet 2 and outlet 3 of any design. The closing organs 4 and 5 are located between the inlet or outlet and the shaft. The shaft merges into the secondary pressure vessel 7, from which it can be closed off by the secondary closing organs 8. The inlet and outlet must be designed in this way. that they always close to the wind or. have turned away.
In front of the inlet 2 facing the winch, the air has a greater mean speed or greater pressure than on the side facing away from the winch behind the outlet 8, whereby the primary potential difference is given. In the shaft 1 there is currently a corresponding negative pressure when the closing organs are closed. If you now open the primary inlet organs 4, the air enters the shaft in the direction of the arrow I drawn in the form of a vibration and there reaches a certain pressure that exceeds that of the pressure vessel, so that the secondary outlet organs 8 under the effect of this overpressure open by itself.
Some of the air then enters the container under pressure until, when the oscillation has ended, both the secondary outlet and the primary inlet organs are closed. Now there is still a greater pressure in the shaft than the air outside the transformer at outlet 3. Will
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now the primary outlet organs 5 open, so the rest of the. the inflow into the shaft from the same through the outlet 3 in the form of an oscillation indicated by the arrow 11, whereupon the closing elements 5 approach again when the oscillation has ended.
By setting a corresponding negative pressure in the shaft at the beginning of the first oscillation, it can be achieved that at the end of the second oscillation in the shaft the same negative pressure results as at the beginning of the first oscillation, so that the game can start again. The transformation described above can of course also be carried out in the sense of reducing a given gradient.
In the following, the device of the transformer, which has to adapt to the conversion process used in each case and is therefore capable of major modifications, particularly in terms of construction, is intended only in the example of a step-up transformer, u. between. First described with reference to FIGS. 1 and 3-9. The primary inlet 2 is a generally arbitrarily shaped bend, which begins with a correspondingly large cross-section and gradually merges into the shaft 1 in such a way that the inward oscillation is as orderly as possible.
As far as the transformer shaft 7 is concerned, it is expediently designed to be either cylindrical or prismatic for the length over which the shaft surface performs its oscillations, but can generally have any shape and position. The primary one
Outlet 3 and the secondary outlet 6 are generally arbitrarily shaped bends, which can be used
Achieving low outlet losses from the shaft cross-section to a correspondingly large end cross-section, expand in such a way that the water vibrates out in the most orderly manner possible.
The primary outlet 3 and the secondary outlet 6 act as nozzles and contain corresponding and suitably arranged guide and partition walls 16 by means of which they are divided into several sub-nozzles for the purpose of keeping the expansion and curvature losses small.
If the transformation takes place through two oscillations, the filling of the elevated container y or the secondary outflow, as can be seen from FIGS. 11 and 12, can also be carried out without a secondary outlet. rgane go on. As the first figure shows, according to the invention, the shaft 1 can be designed at its upper end as an overflow 17, which separates the shaft space from the elevated tank water and via which overflow the elevated tank 7 is then filled. According to FIG. 12, the shaft 1 according to the invention can also be designed in its further continuation as a secondary outlet nozzle 6 which, provided with a ventilation valve, dips with its correspondingly enlarged end 18 from above into the water of the elevated tank 7.
In the case of the transformation method based on the two-oscillation principle, in order to avoid inadmissible mass pressures caused by the moving
Water on the closing organs opening or closing during the movement of the water could be exerted or to achieve a smooth opening or closing of the same, air buffering is expediently provided in such a way that the water in movement is immediately in front of the
On or after approaching the closing organs opportunity is offered in a specially provided
Buffering space to compress an air cushion. This can e.g.
This can be achieved, for example, in such a way that, as can be seen from FIGS. 6, 7 and 13, the air valve 10 is arranged somewhat above the secondary outlet members 8 and is closed before it reaches the water level. As far as the inlet and outlet organs are concerned, the same exist with the exception of those that open or close in the two-stroke transformer during oscillation. approach, from a system of generally fish belly-shaped rotary flaps with mutually parallel axes of rotation. In the open state they are either parallel to one another (see in Fig. 1-4, 6-13) or set according to the flow (see 4 in Fig. 14).
When closed, they are either at an angle to each other (see 5 in Fig. 1, 2,
6-13) or they are arranged, overlapping at the end edges, in a plane (see 5 in FIGS. 3 and 4), or otherwise in an area corresponding to the flow (see 5 in FIG. 14). As can be seen from the latter figure, according to the invention, the closing organs of one bend can optionally also be used to guide the water flowing through the other bend in the closed state. The inlet and outlet organs with the exception of those that open or during an oscillation. can also be designed as gate gates (see 4 and 5 in Fig. 5), which are able to open large openings with a small stroke.
As can be seen from FIG. 5, the webs can expediently be designed in such a way that in the open state of the closing organs (see FIG. 4 in FIG. 5), two associated webs form a fish belly-shaped rib for the purpose of creating a to achieve the smoothest possible flow through the water. The on or during an oscillation. The closing organs connected to the two-stroke transformer consist, as indicated by 8 in FIGS. 5-7, 9, 13 and 14, of a system of the lightest possible rotary flaps which, where possible, open and close automatically. In FIG. 15, they are not on or off during an oscillation. Appropriate closing organs shown in section and view.
The rotary flaps 19 are mounted by means of two pivot pins 20 arranged on the end faces thereof; However, these are not arranged in the middle but somewhat to the side of the same for the purpose that the water pressure then acting on one side exerts a torque on the rotary flaps, under whose influence they open and close,
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Provided on both sides with a crank 21 on which the linkage 22 used to open and close the rotary flaps engages. In this linkage a correspondingly pretensioned compression spring 23 is switched on, which keeps the torque acting on the closed rotary flaps and resulting from the water pressure in balance and makes the linkage 22 correspondingly flexible in the event of foreign bodies being trapped.
The rotary flaps 19 are combined to form individual fields separated from one another by hollow columns 24. If the rotary flaps are at an angle to one another in the closed state, then, as can be seen from FIG. 15, the rotary flaps, which are aligned in one sense, are attached to a linkage and the rotary flaps, which are directed in the other sense, are attached to a second linkage.
Both rods 22 are then combined in the hollow column to form a common rod 25, so that the rotary flaps of a field can be opened or closed by a to-and-fro movement of the latter, indicated by the double arrow. approach.
16 shows a schematic representation of the control of the closing elements. In the upper part of the figure, a transformer with its primary inlet and outlet organs 4 and 5 is shown.
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or the rotary flap is brought about by a servomotor 26 actuated with pressurized oil or pressurized water. The servomotors belonging to each field are hydraulically connected in parallel and receive the pressure fluid from a common control machine or from a common pressure fluid generator 27.This means that even in the event of unequal movement resistance of the individual rotary valve fields, a simultaneous and in-phase movement of the rotary flaps is ensured common drive linkage 25 belonging to individual rotary flap fields are mechanically coupled to one another.
The piston 28 of the common control machine 27 is only then driven back and forth by a continuously rotating motor 29 via an interposed crank mechanism 30 with a temporally sinusoidal speed curve. moved when the shaft 31 of the crank mechanism with the interposition of a corresponding gear ratio 32 is coupled to the continuously rotating drive motor shaft 33 by an electromagnetic clutch 34 located on the same for a period of half a revolution. In this case, the hydraulic fluid displaced from the cylinder 27 of the control machine reaches the servomotors 26 belonging to each rotary valve field.
As a result, their pistons or the drive rods 25, 22 hanging on them are adjusted and the rotary flaps 19 of the closing elements are thus opened or closed. The hydraulic fluid displaced to the servomotor cylinders 26 returns to the cylinder of the control machine 2? back and in this way a force-fit movement of the servo-motor piston and the piston of the control machine is achieved that proceeds at the same speed. The cylinder of the tax
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for the purpose of controlling two types of closing bodies, such as B. the primary inlet and outlet organs 4 and 5 in Fig. 16 to be able to accomplish.
The beginning of the opening and closing movement of these closing organs is controlled by the vibrations themselves in the following way.
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installed in a suitable place and exposed to the flow of water, closes an electrical circuit when the flow velocity is zero or almost zero, which is the case at the beginning and at the end of each oscillation. As a result of the current connection, the electromagnetic coupling 34 is switched on and initiated by the opening or closing movement of the closing elements. After half a revolution of the coupled shaft 31, i. i. at the moment the opening or closing movement is completed, the electromagnetic clutch is automatically switched off.
The piston rod 38 led out of the cylinder of the control machine 27 has an armature 39 which, after the stroke has been completed, is held in place by an electromagnet 40 corresponding to the respective dead center position so that the crank mechanism does not continue to rotate or rotate beyond the dead center position due to the action of the moving masses . So that an undesired return movement of the piston 28 is prevented.
So that, despite simultaneous contact on the two membrane contact devices 57, the ptima "" l1 inlet and outlet organs do not open and close at the same time, but rather one after the other,
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The locking performed is indicated in FIG. 16 by the corresponding design of the piston slide 36, which prevents the servomotors 26 of both closing elements 4 and 5 from receiving pressure fluid at the same time or the closing elements being actuated at the same time.
The piston rod of the piston slide 56 has an armature and at the dead center positions of the same the previously mentioned electromagnets 35, which serve not only for reversing but also at the same time to hold the piston slide in its dead center positions. In order to automatically carry out all electrical circuits required for controlling the closing elements, a shift drum 41 is driven by the shaft 31 of the crank mechanism 30, which is shown schematically in FIG. 16 in a top view. This roller consists of a corresponding number of slip rings 42, which consist of conductive and non-conductive segments.
93113 grinds on these slip rings automatically
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adjustable double brushes 43 which are switched into the individual auxiliary circuits used for control. The auxiliary streams are kept closed as long as the double brushes are on the conductive segments of the slip rings. As far as the air valves 10 and 12 mentioned in the individual transformation types and only shown schematically in the relevant figures are concerned, they can generally be designed in any way. Appropriately, like the water shut-off devices, they also consist of a system of rotary flaps.
An exemplary embodiment of the air valve in a schematic representation can be seen in FIG. 17, which shows the upper part of a two-stroke transformer in section and plan view.
The terms have the same meaning as before. The air valve here consists of a system of rotary flaps 45 arranged in a circle, which are at an angle to one another. They are each connected to a rotary lever 46 on the upper end faces. The rotary levers of the rotary flaps directed in one direction are connected to one another by a flexible band, rope or chain 47, just as the connection of the rotary levers of the rotary flap directed in the other direction is made by a second such organ. Both tension members 47 are moved in opposite directions by a toggle linkage 48, which engages two adjacent rotary flaps by means of two rotary levers 49, and thereby opens or closes the rotary air flaps 45.
The toggle linkage 48 carries out the opening and closing movement in that the piston rod 50 of an electrically controlled air cylinder 51 acts on it. The start of the opening and closing movement of the air valve or the rotary air flaps is controlled by the vibrations themselves in the following way. A float 52 provided in the shaft 1 drives, by means of the pulley 53 via a corresponding transmission 54, an electrical shift drum consisting of three slip rings 55, 56 and 57. A double brush 58, 59 and 60 grinds each of these three slip rings, which each consist of a conductive and a non-conductive segment.
The double brushes 58 and 59 are connected to the two auxiliary circuits used to control the compressed air cylinder 51 and close or interrupt them, depending on whether they come into contact with the conductive or non-conductive part of the slip rings 55 and 56. The double brush 60 sliding on the third slip ring 57 is switched into the circuit of the brush 58, so that this circuit is only closed when the double brush 60 is also located on the conductive segment of the slip ring 57. If the swimmer has now reached the position at which the air valve has to open during the first oscillation, one double brush 58 must rest on the conductive part of the rotating slip ring 55 and the double brush 60 just touch the conductive part of the slip ring 57.
If this is the case, one control circuit is closed and the compressed air cylinder reversed in the sense of opening the rotary air flaps. As a result, the compressed air reaches the compressed air cylinder from one side and opens by adjusting the piston 61
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which then holds the piston in its dead center position. At the moment when the float is in its upper end position, i.e. i. at the level of the secondary outlet organs 5, the double brush 58 must run off the conductive segment of the slip ring 55 and at the same time the double brush 59 must be on the conductive part of the slip ring 56. As a result, the holding magnet 62 is switched off and the second circuit is closed, which the compressed air cylinder in the sense of closing the air. rotary flaps reversed.
The double brush 60 is still on the conductive part of the slip ring 57. At the same time as the one holding magnet 62 is switched off, the other holding magnet 62 'is switched on, which then holds the piston of the compressed air cylinder in the other dead center position. After the rotary air flaps have been closed, the secondary outflow or the filling of the secondary container takes place. With the completion of the filling, the primary inlet organs close and the primary outlet organs open with the help of the control system further described above, so that the outflow can take place.
However, the rotary air flaps are still closed and must first be opened so that the outflow can actually begin.
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and contact switch 64 and 65, the circuit of the double brush 59 is interrupted and the circuit of the brush 58 is closed and this can either be done with the Schlit; The primary inlet or, more appropriately, the opening movement of the primary outlet organs takes place. During the outflow that is now going on, the same control is carried out as a result of the backward movement of the swimmer, but in the reverse order, i.e. H. the air valve is closed during the second oscillation at the same float position at which it opened for the first oscillation.
The inventive energy or. Conversions and their varieties also allow a power control and this can z. B. be done in such a way that pauses (dropouts) are switched on between the oscillations of a period or between two successive periods.
The transformers operating with negative and positive pressure can also be regulated according to the invention in such a way that either the part of the oscillation path that the shaft surface describes when the air valve is open is changed or the amount of air to be compressed or expanded is changed. If you close z. B. in a two-stroke transformer working with negative pressure
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During the second oscillation the air valve is in a different mirror position than was the case earlier, then at the end of this oscillation or the period a different shaft mirror position and a corresponding different negative pressure than before is obtained.
But there the first oscillation of the next. Period begins with these changed conditions, changes the filling of the transformer or its power. As for the power regulation by changing the one to be compressed. or the amount of air to be expanded, the same can be done in different ways. So z. B. the air, as can be seen from Fig. 18, which represents the upper part of a three-cycle transformer with the secondary container 7, partially housed in a container 66 surrounding the transformer shaft 1 at its upper end and provided with an air valve is filled with water.
By supplying or discharging water - which must take place with the air valve open - the water level in the container and thus the amount of air to be compressed or expanded is changed.
The change in the amount of air can, as indicated schematically in FIG. 19, also take place in such a way that a piston 67 provided in the upper part of the shaft 1 and provided with the air valve 10 is adjusted.
The indicated types of power regulation according to the invention can also take place automatically by means of a float as a function of any changing external water level. Is it z. B. to a transformer, you will expediently carry out the automatic power control depending on the water level in the secondary tank. For example, an automatic power control will be explained below with reference to FIG. 17 for the case where the part of the float path that the shaft level describes when the air valve is open is to be changed accordingly as a function of the secondary head water level OWs.
A float 6S provided in the secondary container 7 adjusts the double brush 60 resting on the slip ring 57 when the secondary upper water level changes, whereby the start of the current connection or the start of the opening or closing movement of the air valve is changed. At the lowest water level in the secondary container, the double brush 60, as can be seen in FIG. 17, must just touch the conductive segment of the slip ring 57 so that the air valve opens right at the beginning of the inlet oscillation and the power of the transformer is greatest.
As the secondary upper water level OWs rises, the swimmer moves the double brush from the conductive segment further and further back to the non-conductive segment, so that the double brush 60 only after a certain rotation of the switching drum or after having covered a certain mirror path in the The shaft runs onto the conductive segment of the slip ring 57 and therefore only later causes the air valve to open in the sense of the intended reduction in output.
The in the secondary container 7
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Water level to interrupt the control circuits used to operate the water shut-off devices by switching off a limit switch and thus to keep the transformer out of operation until the secondary head water level has sunk again below its maximum permissible level. In this case the limit switch closes again, whereupon the transformer can start working again.
If the primary or secondary gradient changes during transformer operation, possibly both at the same time, the transformer can either adapt to the changed, new external mirror positions by itself in the form of a gradual transition or this adjustment is forced.
In the latter case, if the transformer works without negative or positive pressure, the starting or ending mirror positions in the shaft can be adjusted to match the new outer mirror positions, which of course changes the filling or power of the transformer.
However, if the transformer works with overpressure or underpressure, while maintaining the same filling or power as before, the adaptation to the new outer mirror positions can be forced in such a way that either the air valve is open over a correspondingly larger or smaller part of the oscillation path held or the amount of air to be compressed or expanded is changed accordingly.
Should an increase or decrease in slope be carried out, for which the transformation
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Conversion, even in several transformers connected in series, takes place in such a way that the secondary water level of one transformer simultaneously represents the primary water level for the next transformer connected in series. In FIG. 20, an enlargement of the incline, for example, is shown schematically by means of two three-cycle transformers connected in series. The given gradient Hp is increased to (Hs) by the first transformer 69. This gradient (Hs) simultaneously serves as the primary gradient (Hp) for the second transformer 70 and is then further increased by the same to the desired secondary gradient Hs.
Do several transformers work in parallel, i. H. if they are primarily connected to the same primary gradient and secondarily to the same secondary gradient, they can be compared with one another according to the invention
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According to the invention: two or more transformers working shifted in phase have common inlets and outlets, so that they are better utilized in terms of time. Such an application for two transformers operating in a phase shift is shown in plan in FIG.
71 is the shaft of one transformer and 7 that of the other transformer. Flows through the inlet 73. the water once to one transformer and once to the other. The final is the same. both phases in common, in that it is used once by one transformer and once by the other. In addition, as can be seen from FIG. 21, the closure organs of one phase, i. i. one transformer in the closed state as a guide for the movement of the water in the other pilage, d. i. of the neighboring transformer working shifted in phase.
When it comes to water from a given underwater level UW to one
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be that the pump pumps the water to a higher level than the desired secondary level OWs, and this head then by means of a. Transformer is reduced to the desired smaller value. Such a combination of pump and transformer offers the great advantage that the pump always works with the same regardless of whether one or the other water level changes. Working head and this can then be converted to the desired value by the adjustable transformer.
Automatic power regulation as a function of the changing underwater level or the amount of water to be conveyed can also be carried out in the following manner. A swimmer sets the most advantageous speed or power of the pump according to the respective underwater level. Since this changes the delivery head Hp or the delivery level OWp of the pump, the corresponding power of the transformer is set as a function of this latter change by a second float using one of the methods mentioned earlier.
As already mentioned at the beginning, the slope conversion according to the invention is particularly suitable for an efficient use of the high and low tides. This new type of exploitation of the tides, which takes place by hydraulic transformers, will be described in more detail below with reference to FIGS. 23 and 24. From the first of these two figures, which represents a general sketch of the situation, it can be seen that the transformers marked 77 and which form the main component of the marine power plant are installed in such a way that an already existing natural bay or an artificially created basin 78, which is in the sequence is to be referred to as the primary basin, is separated from the open sea 79.
At the time of the flood, the transformer can be operated with any
Sea level and also the primary basin level, if the latter is only lower, begin.
The sea then forms the primary upstream water, the primary basin the underwater and represents the variable level difference between the two mirrors, the primary gradient. During the transformer operation, the primary water flow from the sea into the transformers occurs - according to the desired transformation ratio - to the Part into the primary basin, partly into the correspondingly higher secondary basin 80 and the turbines are connected to this latter so that, as a result of the energy transformation carried out, they process the correspondingly smaller amount of secondary water with the correspondingly larger secondary gradient.
Since the transformers work from the sea into the primary basin during flood operation, and the turbines also expediently pour the processed secondary water into the same, its water level rises. At the same time, the sea level changes according to the tide curve 81 shown in FIG. 24, in which the elevations or elevations occurring during the high and low tides.
Shipments of sea level are plotted as a function of time. But since the two levels change to different degrees over time, the level difference between them and the primary gradient is also variable. The generally small and moreover variable primary gradients are converted by the hydraulic transformers into a correspondingly larger and practically constant secondary gradient. When the turbines are connected to this larger gradient, they fall smaller and smaller. cheaper, allow a direct coupling with the generators, which have also become smaller and cheaper, and can always run with the same most advantageous number of revolutions, regardless of the tidal fluctuations of the sea level.
The transformer operation during the high tide can theoretically be so long. take until the sea level and the primary basin level come to the same level, d. H. until the primary gradient has become zero. The transformers are then switched off and the primary basin is cordoned off from the sea.
A break in operation is then switched on, which lasts until the sea level has dropped any amount below the level of the primary basin level during the ebb, whereupon the ebb operation of the trans-
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with the same pause as before, the same conditions are reached as at the beginning of the
Flood operation had existed, so that this periodic operation can be continued at will.
As can be seen from Fig. 24, belongs to every sea level position with which the flood operation of the
Transformers can begin, a pool characteristic that is completely determined by length and slope.
It fixes the initial mirror position of the primary basin as well as the operating time and the
Break in operation; the angle of inclination ou the basin characteristics is a measure for the primary filling water quantity to be processed secondarily or for the size of the transformers.
The relatively small level differences that the incoming waves generate can also be increased by using hydraulic transformers, which in some circumstances enables their energy to be used efficiently.
Another area of application for the hydraulic transformer is the water supply. On the basis of the present invention, with the existing pressure from the elevated tank, one is able to supply urban areas or floors that are higher than the existing pressure or the position of the elevated tank with water.
According to the invention, this is made possible by the fact that, as shown schematically in FIG. 25, transformers 90 are switched on between elevated tank 87 and pipe network 88 and 89. The water reaching the transformers from the elevated tank is brought to a lesser extent into a pressure vessel 97 and the greater part into a low-pressure vessel 92, the pressures of which are higher or lower than the normal operating pressure. From the high-pressure tank 91, through the connected pipe network 88, the higher-lying parts of the city or floors are supplied whose supply would otherwise not be possible directly from the elevated tank with normal operating pressure.
From the low-pressure tank 92, through the connected pipe network 89, the lower-lying districts or floors are then supplied with a pressure lower than the normal operating pressure. Even in the case where the existing operating pressure to supply an urban area that is too far away while maintaining the pipeline is no longer sufficient, the device according to the invention described above can be used by supplying the urban area that is too far away with a correspondingly higher pressure through the Pipe network 88 is carried out, while the nearer urban areas are supplied through pipe network 89 with the water primarily emerging from the transformers.
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The measurement of the water consumption in water pipe systems can also be carried out according to the invention by means of a hydraulic transformer in the following manner. As can be seen from FIG. 26, the transformer 93 serving as a water meter is included at its inlet and outlet
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the normal operating pressure is provided. The further distribution line 96 is then connected to the container 95. If water is now withdrawn from the same, the water level in the container 95 drops with a simultaneous decrease in pressure. When the level has reached a fixed lower limit, the transformer is switched on and. works until the mirror in the container 95 has reached a fixed upper limit, whereupon the transformer is automatically switched off again.
While the transformer is working, water passes from the inlet container 94 in the form of an oscillation into the transformer shaft and then completely exits it again in the form of a second identical oscillation into the outlet container 95. These incoming and outgoing vibrations follow one another until the transformer, as already mentioned earlier, is switched off when the upper level limit in the discharge container is reached.
The amount of water withdrawn from the pipeline must therefore pass the transformer shaft in the form of vibrations and can therefore, if the transformer shaft has the same cross-section, be measured by means of a float 97 provided in the shaft, whose paths covered only in one sense are continuously recorded by a counter . In the case where a transformer is used to feed a network with two different pressures, according to the invention two floats are provided in the transformer shaft, one of which, as stated above, measures the primary water and the other the secondary water registered.
The subject of the present invention forming process for energy or. Conversion of favor is by no means limited to the specified embodiments, but, in conjunction with the associated facilities, allows extensive adaptation to the respective purpose as well as the special circumstances and is capable of radical changes.
PATENT CLAIMS:
1. A method for converting gradients, which are given in the form of position, pressure or speed differences (hereinafter referred to as potential differences), characterized in that a corresponding amount (primary amount) of the liquid or gaseous medium from
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has a correspondingly lower potential, occurs in the form of an oscillation, after which - depending on the meaning of the transformation of the given (primary) gradient - a correspondingly smaller or larger amount (secondary amount) than entered the shaft during the first oscillation is, emerges from the same in the form of a second oscillation through a (secondary) outlet and thereby reaches that (secondary) potential,
between which and the given lower (plimary) potential there is the desired greater or lesser (secondary) gradient, whereupon - again depending on the meaning of the transformation - either the remaining part of the (primary) amount that has entered the shaft passes through it a (primary) outlet in the form of a third oscillation to the side of the given lower (primary) potential emerges or as much enters the shaft from this side in the form of a third oscillation as more of the same emerged during the second oscillation, so that in both cases, at the end of the third oscillation in the shaft, the same state as it was at the beginning of the first oscillation is restored,
the next conversion period can therefore begin immediately and so, if the conversion is continued, that of the same
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Ratio standing, larger or smaller (secondary) gradient can be processed continuously.